激光准直系统中的杂散光分析与抑制

针对不同光学系统中存在的杂散光所造成的假信号或信号饱和影响,本文结合像面照度分析和消光环抑制的方法,对准直系统进行分析,找到产生杂散光的主要原因,设计了3种不同结构的消光环以消除杂散光。仿真实验结果确定了最优形式的消光环结构,边缘杂散光抑制最大下限值为0.38%,平均抑制值5.68×10~(-4)%;以此模型为基础,进行了杂散光抑制实验。实验结果表明,带有消光环结构的准直系统可以有效抑制杂散光,保证了后续光学系统的功能实现,对其他杂散光抑制系统具有借鉴作用。     

车载光电系统电视摄像机光学系统设计及杂散光分析

设计了一款双视场电视摄像机,小视场用于对目标的跟踪,大视场用于捕获和观察目标,两视场光学系统的传递函数MTF在50 lp/mm频率处均大于0.6,点列斑直径均小于像元尺寸5.5 μm,畸变均小于0.1%。两视场共用一个面阵CCD成像器件,通过分光棱镜分光。由于在该光学系统中分光棱镜表面反射会产生杂散光,形成鬼像。因此,利用LightTools软件对系统进行了杂散光的仿真分析。分析结果表明:大视场的半视场角在5.7°～7.6°之间和小视场的半视场角在2.6°～3.5°之间的入射光线被分光棱镜下表面反射后,以及小视场的半视场角在-2.7°～-3.5°之间的入射光线被分光棱镜后表面反射后, 变成杂散光,聚焦到像面, 形成鬼像,采用在分光棱镜后方设置消杂光光栏的方法来抑制杂散光。验证结果表明,仿真分析准确,提出的消杂光措施有效。     

一种双波段成像系统的红外通道杂散光分析

为全面分析杂散光对红外系统成像质量的影响,设计了可见波段0.4 μm~0.7 μm、红外波段3 μm~5 μm,视场角均为2.27°×2.27°的共孔径成像光学系统。分析了杂散光来源,分别研究了带内与带外杂散光对其红外通道成像质量的影响。对于带内杂散光,设计了消杂光结构,采用FRED软件模拟分析了带内杂光抑制能力,结果表明:带内杂散光得到较好抑制,其鬼像影响可忽略不计,太阳杂散光抑制水平PST达到设定的10-8阈值量级。对于带外杂散光,主要研究了1.064 μm和2.6 μm两个波长带外激光对红外成像系统的影响,并利用有限元仿真计算,结果表明:系统反射镜温升达到703 K时,向外发出较强带内红外辐射,到达像面的辐射功率为0.195 mW,可对红外成像面造成强烈噪声干扰。     

干涉成像光谱仪的杂散光分析

杂散光对光学系统的成像质量有严重的影响。从杂散光的定义出发,分析杂散光的来源,建立评价杂散光对系统影响的主要指标和点源透过率、杂散辐射比的数学模型,用TracePro对Fabry-Perot干涉成像光谱仪的杂散光进行分析和计算,通过在系统中增加遮光光栏能有效抑制系统中的杂散光,有效降低杂散辐射比。采用分析结果对Fabry-Perot干涉成像光谱仪的光机系统进行消除杂散光设计。     

分布光度测量系统的消杂技术及寻优算法

采用几何光学分析法,对影响光度测量的杂散光进行分析;根据杂散光反射传输的特点,结合近似绝对黑体结构理论和吸光度加和理论,设计了具有高折反效果的凹型窄光阑阵列消杂模型,提高了对杂散光的抑制能力;由于此结构在不同光阑间隔下的消光效果不同,设计了自适应惯性权重粒子群算法来搜索光阑阵列的最优间隔,以进一步提高光阑阵列的性能.在此基础上,通过仿真和实验验证了基于最优消杂模型构建的分布光度测量系统,其测量误差与消杂之前相比由10%以上降低到了1%以下;满足相应的国际及国家标准对光源测量的误差要求,可作为现有环境下进一步抑制环境杂散光的有效手段.     

大视场空间可见光相机的杂散光分析与抑制

空间相机用于对空间暗弱目标的探测与监视,视场外杂散光的进入会降低像面对比度,严重时甚至会导致相机无法工作。大视场光学系统对杂散光尤为敏感。针对此问题,本文以一大视场空间相机为例,分析其杂散光的来源,通过研究杂光传输机理并总结抑制措施。为满足其轻小型的指标要求,在尺寸限制下分别设计挡光环垂直光轴和倾斜的遮光罩及光阑等消杂光结构。TracePro软件仿真结果显示:倾斜挡光环遮光罩的效果更好,该结构在杂光抑制角外的的点源透过率(PST)均达到10~(-7)量级,系统至少可以满足6. 5星等目标的探测,验证本文消杂光结构方案的有效性,为后续的系统优化提供了一定的参考。     

透射式光学系统杂光系数计算方法

在相机研制中,杂光系数是评价杂散光的主要指标.为了快速、便捷、准确地计算杂光系数,本文通过分析透射式光学系统的杂散光路,根据能量传输原理,推导了无中心遮拦无渐晕的透射式光学系统的杂光系数的理论计算方法,并编制了相关的程序.仿真结果表明:该方法简单易行,能够快速给出杂光系数的初步评价,将杂散光抑制设计及分析提前,为后续设计提供参考.     

透射式光学系统杂光系数计算方法

在相机研制中,杂光系数是评价杂散光的主要指标.为了快速、便捷、准确地计算杂光系数,本文通过分析透射式光学系统的杂散光路,根据能量传输原理,推导了无中心遮拦无渐晕的透射式光学系统的杂光系数的理论计算方法,并编制了相关的程序.仿真结果表明:该方法简单易行,能够快速给出杂光系数的初步评价,将杂散光抑制设计及分析提前,为后续设...     

光学镜头杂散光分布状态测试

围绕实际检验工作中遇到的问题,以及国家推荐标准GB/T 10899-2009光学系统杂（散）光测试方法中提出的要求,论述了对光学系统全视场杂散光系数进行测试的必要性以及测量方法,通过对现有杂散光测试装置的改造,实现了对光学系统全视场杂散光系数的测试,给出两种变焦距镜头全视场杂散光系数测试结果和分布状态曲线,得到结论:基本参数相近而型号不同的光学镜头,其杂散光系数和分布状态会存在很大的区别。光学与机械结构形式不同是造成该区别的主要原因。测试数据能对光学系统杂散光抑制能力的提高起到参考作用。     

Stray light analysis of low-level-light optical system with LightTools software北大核心CSCD

为解决低照度微弱信号探测的微光光学系统杂散光问题,研究了杂散光的原理和特性。利用光学系统建模软件LightTools对微光光学系统进行仿真建模,并开展杂散光分析。为减少杂散光,在物镜筒的筒壁加工消光螺纹,并针对不同形式的消光螺纹,开展了能量仿真模拟。仿真结果表明,采用螺距0.35 mm的消光螺纹,能够将杂散光系数从7%降低到4%。仿真分析结果与实验结果一致,为其他微弱信号探测光学系统在设计阶段对杂散光进行消除提供了指导。     

折/衍混合LWIR凝视成像系统的杂散光分析

本文对一折/衍混合长波红外(LWIR)凝视成像系统进行了杂散光分析,在此LWIR系统中,含有一个用金刚石车削技术制作的衍射光学元件(DOE)。本文中,对DOE的不同衍射级次、光学表面的多次反射、镜筒内壁的反射等主要杂散光源利用LightTools软件进行了分析,对6种二次反射的模拟结果表明,对归一化的光源,理想光路的像面辐照度为100 W/mm2,每种二次反射会给像面带来0.01W/mm2的辐照度;对于反射率为10％的镜筒内壁,带来的像面辐照为0.01W/mm2。并利用该LWIR凝视成像光学系统进行了相关实验,实验结果证明了上述分析的正确性,有利于对LWIR凝视成像系统光学性能的进一步理解和杂散光的抑制。     

微型拉曼光谱仪杂散光分析及抑制方法的改进

作为一个微弱光信号探测系统,拉曼光谱仪中的杂散光分析可以为其设计提供较大帮助。针对微型拉曼光谱仪系统,结合光学设计和三维建模优化了其光机结构,系统分辨率为0.7 nm,体积为110 mm×95 mm,属便携式微型拉曼光谱仪,并基于杂散光分析软件TracePro对系统进行了光线追迹和仿真分析。首先通过优化孔径光阑初步抑制了入射处带来的杂散光,然后针对系统内部的主要杂散光(光栅零级衍射光)抑制装置即光学陷阱进行了详细分析和设计改进,改进后的光学陷阱较改进前更有效地利用了光谱仪内部空间,且分析结果表明改进后的光学陷阱将杂散光线数量减少了50%,杂散光归一化辐照度强度从10-5降低至10-7,在微型化的同时可有效抑制微型拉曼光谱仪系统中的杂散光,将更加有利于微弱信号的探测,为微型拉曼光谱仪的设计和装调提供了参考。     

数字微镜器件(DMD)杂散光特性测试方法及装置

为了获得数字微镜器件(DMD)的真实光学特性,提出了微镜单元杂散光分布测试方法,并搭建实验装置对2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况进行测试.提出了一种杂散光测试方法,并针对微镜单元尺寸小、配置方式灵活的特点,设计了汇聚光斑大小连续可调的照明系统以及可以对微镜单元清晰成像的成像系统.通过实验得到了2×2阵列区域微镜单...     

300～1100nm多波段成像光学系统设计及杂光分析

设计了一套300～1100nm多波段光学系统,该系统能对目标的近紫外、可见光和近红外3个波段同时成像,可满足目标多波段信息探测的要求。由于在光学系统中镜筒内壁反射和棱镜表面反射会产生杂光和鬼像,因此,利用Light—Tools软件对此系统的杂光和鬼像进行了模拟分析。模拟结果表明,视场之外11．7—18．3°和-11．7～-18．3°的入射光线被胶合棱镜上下表面反射后,会聚焦到3个探测器靶面范围内,形成鬼像;6．2°-9．8°和一6．2°--9．8°的入射光线被镜筒反射后会在3个探测器上形成杂光。利用设计的多波段光学系统进行了相关实验,结果证明了模拟分析的正确性,表明此分析能用于指导多波段光学系统的设计和研制。提出了减少杂光和鬼像的相应措施,实验结果验证了提出的措施能够减少杂光及消除鬼像,提高系统成像质量。