CCD航空相机动态分辨率检测系统设计

设计了一套CCD航空相机动态分辨率检测系统,系统入瞳直径D=200 mm,焦距f′=2 000 mm,视场角2ω=5°,利用光学设计软件Zemax进行仿真,设计结果表明,在奈奎斯特频率为40 lp/mm的情况下,调制传递函数曲线值均高于0.5。采用波差法校正由长焦距所引入的二级光谱,同时,引入分辨率尺的概念,将每一块单独的分辨率板采用拼接的方式制作成300 mm×24 mm的分辨率尺,令分辨率尺在电机的带动下作匀速直线运动来模拟动态目标。该测试系统的设计能够在模拟飞机飞行的状态下,对其动态分辨率进行检测,检测精度1″, 可广泛用于测绘、军事侦察和航空航天等领域。     

生物芯片扫描仪CCD背景噪声研究

冷CCD(Cool CCD)是生物芯片扫描仪的核心检测器件,其背景噪声直接影响到检测精度。CCD背景噪声可分为光子噪声、热噪声、读出噪声和量化噪声。其中热噪声Hn与读出噪声Rn最为核心,采用拍摄暗场帧的方法对其进行实验研究。实验表明对于某一指定曝光时刻,背景噪声图像各像素的强度可认为符合正态分布,并可将均值与标准方差的估计值即■与■作为其相应正态分布的表征参数。■与■的95%置信区间较小,最大区间长度分别占■与■的0.16%和28.36%。在此基础上讨论了温度、曝光时间对均值与方差的影响。     

高精度CCD尺寸自动检测系统的光学系统设计

介绍测量精度为±０．００３ｍｍ的ＣＣＤ尺寸检测系统的光学系统设计特点及远心物镜设计原理，并给出了测试结果。     

小轻型CCD遥感相机全反射光学系统设计

利用三反射镜的消像差理论 ,进行了一种小轻、大视场的全反射系统的设计。该系统通过同轴设计、离轴使用 ,使筒长达到 f′/7～ f′/9,视场达到 3°以上 ,遮光比在 6 %以下 ,像质达到衍射极限。这种系统特别适于长焦距遥感 CCD相机的应用。     

高精度CCD尺寸自动检测系统的光学系统设计

本文介绍了测量精度为±０．００３ｍｍ的ＣＣＤ尺寸自动检测系统的工作原理。详细地讨论了光学系统的设计和远心物镜的结构。并且进行了光学计算和像差校正。给出了像差曲线和实测结果。该仪器具有自动检测精度高、快速和性能可靠等优点。已在工业生产中得到了很好地应用。     

无人机载偏振CCD相机光机系统设计

从满足无人机试验条件出发,完成了三路并行无人机载偏振CCD相机的光机结构设计。重点解决了偏振CCD相机像方远心光学系统的设计,抗过载及抗冲击的光机结构设计。通过光学装校,三路系统各CCD像元对准偏差在二个像元之内。     

生物芯片扫描仪研究进展

介绍了生物芯片及其检测、扫描的基本原理。详细讨论了在生物芯片扫描仪中的关键技术及国内外的研究现状和目前存在的技术难点以及最新发展趋势和研究热点。着重分析了共聚焦光路与非共聚焦光路在生物芯片扫描仪中的应用特点,以及CVR技术指标。最后提出了生物芯片扫描仪的未来研究重点以及发展方向。     

科学级光学CCD非线性特性测试

在惯性约束聚变(ICF)实验研究中,科学级CCD常和光谱仪、条纹相机等诊断设备组合进行冲击波等物理过程的时间、空间方面的诊断研究。非线性作为CCD一个非常重要的性能参数,在实验的后处理过程中有着相当重要的作用,实验分别采取固定曝光时间,改变光源的出射功率密度、固定光源的输出功率密度和改变CCD的曝光时间两种方案对TEK 512×512DB CCD的非线性特性进行测试,计算得到两种实验方案下该CCD的非线性度分别为0.595%和0.508%,并通过对各种因素的评估得到第一种标定方案为最佳,为科学级CCD的性能参数自动测试平台的建立提供参考。     

隐秘型CCD微摄像镜头光学设计

为了满足隐秘型ＣＣＤ摄像光学系统的广角视场、长工作距离、小空间尺寸、隐蔽性能好、成像质量优良等特殊要求。提出一种以同心透镜作为负组,置孔径光阑于镜头前方的新型反远摄结构。对其设计思想、像差特点进行了分析,并给出了ｆ′＝３６ｍｍ,２ω＝８０°,ｌＦ′／ｆ′＝１１的隐秘型ＣＣＤ微摄像镜头的像差和传函计算曲线     

空间CCD相机的定标方法研究

介绍了相机定标的测试方法。通过对空间CCD相机成像时的地物辐射能量进行分析,提出了以成像方式进行相机定标测试的方法,并对数据处理方式进行了分析。     

Multipoint parallel excitation and CCD-based imaging system for high-throughput fluorescence detection of biochip micro-arrays

We report the development and the characterization of a multipoint parallel excitation and CCD-based imaging system for high-throughput fluorescence detection of biochip micro-arrays. A two-dimensional array of (19×19) points with uniform intensity distribution, generated by a holographic array generator, was used for parallel excitation of two-dimensional micro-arrays of fluorescence samples. A CCD-based imaging system was used for high-throughput parallel detection and quantitative analysis of the fluorescence output. Micro-array samples of cyanine (Cy5) dye dots on silicon wafers and on glass substrates with varying concentration were used to evaluate the performance of the system. Results of fluorescence intensity measurements with varying concentration of dye and with different image acquisition time are presented. We have demonstrated that this novel approach will, in general, outperform the conventional approach in the excitation efficiency, the signal-to-noise ratio, and the throughput. The limitations and the potential improvements of the present method are discussed.     

用于探测生物芯片的制冷型ICCD系统

利用光锥耦合的ICCD系统探测荧光染料标记的生物芯片,并对CCD芯片和像增强器制冷,以提高探测灵敏度。基于实验分析结果,指出背景噪声的主要来源为杂散光和生物芯片基底所发的荧光,指出用镜头成像限制了系统探测灵敏度的提高,可采用低荧光物质作为生物芯片的基底对系统加以改进。     

新型生物芯片扫描仪光学系统设计

传统生物芯片检测扫描仪光学系统的特点是分辨率高、孔径大,但工作距离较短,一般只有1mm左右,有的甚至更短。由于组织芯片、细胞芯片等需要进行实时添加药物与试剂,工作距离越大操作越方便,因此扫描仪光学系统需要具有很长的工作距离。介绍了一种用于组织芯片、细胞芯片扫描仪的新型光学系统。该光学系统的工作距离为15mm,数值孔径为0 67,物方分辨率<350nm。这种新型光学系统首先是要确定物镜的光学结构,然后再通过计算机辅助设计方法设计出成像质量优良的物镜。     

Measurement performance of an optical CCD-based pyrometer system

The measurement performance of a CCD-based pyrometer system using a three-color method was evaluated for scientific and engineering metrology. The relationships between the system parameters (exposure time and sensor gain) and the intensity measurements in an integrating sphere experiment were determined for a specific CCD sensor. The pyrometer system uses the three-color method based on the intensity ratio without geometry calibrations. The field measurement characteristics and the effectiveness of coupling the three-color channels were investigated in terms of the temperature measurement uniformity, temperature sensitivity and temperature range of the pyrometer system in standard blackbody tests. The results showed that the temperature non-uniformity is not proportional to the intensity non-uniformity and is in the range of 0.13-2.14%. The relative temperature sensitivities of intensity ratios for different channel combinations are different, which may provide a way to improve the measurement results. The temperature range bandwidth for object with a non-uniform temperature distribution varies from 190 to 270 K for this specific CCD-based pyrometer. The performance evaluation conclusions for the system with this specific CCD sensor are general and applicable for pyrometer systems using other CCD sensors.     

EMCCD侦察探测装置光学系统设计

为了满足EMCCD侦察探测装置的实际使用要求,设计了一个三视场光学系统。系统采用EMCCD接收,像元尺寸为16 m16 m 。通过对比4种成像系统结构形式的优缺点,选定三视场光学系统的初始结构形式,运用CODEV软件对其进行优化,实现600 nm～850 nm波段范围内三视场光学系统成像。设计结果表明,三视场光学系统的传递函数MTF在35 lp/mm频率处均大于0.5,点列斑直径均小于像元尺寸,畸变均小于0.2%,成像对比度满足使用要求。     

光学元件缺陷在线检测光学系统设计

为实现对望远镜系统中光学元件表面缺陷在线检测,介绍了一种用于光学元件表面缺陷检测的变焦距成像光学系统,采用机械变焦形式实现变焦功能。根据望远镜系统技术要求计算出变焦距系统的关键参数, 通过Zemax软件设计并优化得到最终结果,整个变焦系统的设计实现了90 mm~540 mm的6倍变焦,在变焦过程中F数和像面位置保持不变,变焦系统总长为553.1 mm。从调制传递函数(MTF)、点列图 2个方面分析了系统的成像质量,系统在各焦距处的MTF值在100 lp/mm处均大于0.3,物方分辨率优于0.055 mm,在不同焦距处弥散斑半径均方根值均控制在艾里斑半径范围内。最后对系统环境适应性进行了分析, 讨论了工作温度范围为-10℃~40℃时对系统成像质量的影响,并给出了温度补偿方案。实验结果表明,补偿后的系统成像质量良好,满足实际需求。     

高能γ探测系统中的光耦合部件参数优化

建立了Geant4软件粒子输运模拟平台,完成了核聚变高能射线能量-时间联合谱探测系统的探测效率计算数值建模;提出了遗传算法调用Geant4软件的射线探测系统参数优化方法。以自聚焦透镜前端与塑料闪烁体后端面的距离、自聚焦透镜后端面的长度及自聚焦透镜与通信光纤前端的距离为自变量,以耦合效率为适应度函数,实现了高能探测系统中由塑料闪烁体-自聚焦透镜-通信光纤组成的光耦合部件参数的优化算法。优化结果表明,该算法可以提高塑料闪烁体发出的荧光由自聚焦透镜耦合到通信光纤中的效率,最大可达4.77%。     

高能γ探测系统中的光耦合部件参数优化

建立了Geant4软件粒子输运模拟平台,完成了核聚变高能射线能量-时间联合谱探测系统的探测效率计算数值建模;提出了遗传算法调用Geant4软件的射线探测系统参数优化方法。以自聚焦透镜前端与塑料闪烁体后端面的距离、自聚焦透镜后端面的长度及自聚焦透镜与通信光纤前端的距离为自变量,以耦合效率为适应度函数,实现了高能探测系统中由塑料闪烁体-自聚焦透镜-通信光纤组成的光耦合部件参数的优化算法。优化结果表明,该算法可以提高塑料闪烁体发出的荧光由自聚焦透镜耦合到通信光纤中的效率,最大可达4.77%。     

A CCD-based polarization interferometric technique for testing waveplates

A CCD-based polarization interferometric technique is developed to test waveplates. A Babinet compensator is used to produce interference fringes for polarized input and the retardance introduced by the waveplate when inserted in the optical beam is calculated from the fringe shifts using the phase matching technique. A theoretical model is fitted with the observed fringe shifts to get an accuracy of 0.5° in the retardance calculation. The experimental set-up and the measurement of retardance for zero-order and high-order quarter waveplates are discussed. The retardance calculation for a zero-order waveplate is found to be more accurate than the high-order waveplate. This technique can also be used to measure an arbitrary amount of retardance produced by any birefringent waveplate and also to determine its optic axis direction.