CAE技术在某空间相机关键结构设计中的应用

利用CAD/CAE技术对某空间相机关键结构进行了大量的工程分析,分析比较计算结果,最后选取合理的结构。CAE技术对空间相机光机结构设计起着决定性的指导作用,是现代设计方法中最重要的手段之一。

一种气动肌肉驱动的偏心夹具

介绍了气动肌肉的特点,阐述以气动肌肉为驱动力的偏心夹具及其工作原理,给出其力计算公式。通过计算证明,气动肌肉提供一个驱动力,该装置可获得一个20多倍于该驱动力的输出力。

基于VRML高速贴标机的虚拟操作研究

本文阐述了在VRML虚拟现实应用平台上建立高速贴标机虚拟操作系统的方法,提出了利用VRML与Java相结合的办法对VRML人机交互功能进行增强与扩展,从而满足贴标机虚拟操作的功能要求。此外,利用SolidWork与PolyTrans相互结合实现在虚拟环境下贴标机的快速建模,通过仿真实验取得满意的效果。

空间小型长焦镜头的动力学分析

从结构性能、可靠性等要求出发,以有限元为基础,对空间小型长焦镜头进行模态分析及正弦响应分析,验证了该相机镜头结构设计的合理性及可靠性。

基于ObjectARX2004的非圆齿轮CAD/CAM系统的节曲线模块设计

非圆齿轮传统设计方法计算复杂、周期长、效率低下,为了解决这一问题,以AutoCAD为平台、ObjectARX2004为开发工具,在VC++7.0环境下开发了非圆齿轮CAD/CAM系统的节曲线设计模块,实现了由设计者输入参数,快速完成椭圆齿轮、高阶椭圆齿轮、偏心圆齿轮节曲线设计功能,为非圆齿轮CAD/CAM系统的后期工作奠定了基础。

基于波前编码的大像面荧光显微成像系统景深延拓研究

大像面荧光显微成像系统可以对大尺寸dPCR生物基因芯片进行一次性成像,但其景深(DOF)较小,限制了系统的物方检测深度。文章采用波前编码技术在不降低分辨率的前提下,有效扩展了大像面荧光显微成像系统的景深,为后续高通量多层堆叠式dPCR生物芯片实现一次性成像提供了技术支持。但考虑到显微成像系统正向设计仿真时不适合直接进行景深延拓分析,故对其倒置翻转后在像方(原物方)分析焦深延拓范围(即景深)。为确定最优的相位板参数值,编写遗传算法与ZEMAX的API接口链接,以动态交互的方式对相位板调制系数进行优化、筛选、定值。在大像面荧光显微成像系统孔径光阑前的平行光路处添加特定系数的相位板,对光学系统的波前相位进行调制,使得在焦点附近一段范围内产生成像一致的中间模糊像。采用维纳滤波对中间模糊像进行复原,由模拟的结果可见,在传统光学系统的±10倍景深内,编码复原图像具有较高的分辨率(达到6.5μm),能够实现系统的景深延拓。装配相位板的大像面荧光显微成像实际系统,其延拓倍数在±7倍景深范围内有较好的图像复原分辨率(6.5μm)。

基于超景深算法的圆偏场瞬时光弹相移法拼接测量应用研究

针对碳化硅晶圆片的应力双折射现象,实时应力检测过程中需要将待测碳化硅晶圆片沿切边方向旋转一个适当角度,以突出微管和位错的位置。然而,高倍率显微检测系统的景深较小,当碳化硅晶圆片倾斜时,大尺寸晶圆可能无法完全处于景深范围内,导致虚焦现象。虚焦现象对应力值影响不大,但会降低微管和位错的清晰度,甚至导致较小的微管在虚焦测量结果中消失。为了解决这个问题,提出了使用超景深合成算法对测量结果进行超景深融合。同时,使用机动平台将不同测量结果进行拼接,合成全局聚焦的测量结果,从而更好地测量应力值。实验结果表明,通过这种方法,可以有效改善测量结果的可视化效果。

小型长焦距光学敏感器主镜变形分析

主镜作为光学敏感器的关键部件,其变形对光学系统的成像质量有着重要影响。现利用patran&nastran有限元法模拟在不同预紧力下的主镜装配,分析其相应的轴向位移和镜面RMS值变化,结果表明:预紧力为900N时的主镜变形能满足光学系统的成像质量要求,经实际装配检测后,光学敏感器调制传递函数(MTF)值达到设计要求。研究结果可指导同类型结构的装配。

某空间小型镜头关键结构的动力学分析

为了确定某空间小型镜头中关键结构的设计是否合理,利用MSC.Patran建立有限元模型,用MSC.Nastran对其进行模态分析及正弦振动分析,通过对该结构在正弦激励下的加速度、速度、位移响应以及应力分布计算,判断在规定的振动条件下,该设计有足够的强度储备,设计合理。

双远心数字条纹投影的光学系统设计

针对3D自动检测PCB板缺陷的实际应用问题,设计了一款高分辨率、大景深、大视场的双远心数字条纹投影光学系统,实现了大面积区域均匀投影。分析了基于0.65 WQXGA DMD的双远心数字条纹投影系统的工作原理及设计指标;设计了基于复眼透镜阵列的LED匀光照明系统,在DMD照明面内的照明均匀性为90.5%,且能量利用率为45.8%;设计了双远心结构的投影光学系统,投影视场为66.5mm×37.5mm,并在全视场范围内分辨率在8lp/mm处的MTF值大于0.5。利用光学软件建立双远心数字投影整体系统模型,仿真结果表明,被投影区域均匀性为90.8%,投影条纹在＋/-7.5mm的离焦范围内投影清晰且周期均匀,综合提高了3D自动检测系统的投影质量。

基于三维缺陷检测的双光路双远心光学系统设计

针对基于SMT技术生产的PCB板产品的三维缺陷检测问题,设计了一款高分辨率、高远心度及低畸变的双光路双远心光学系统。它通过远心投影物镜经共光路物镜将DMD数字条纹均匀投影至待测物面,同时经由共光路物镜和成像物镜收集物面反射条纹光至CMOS接收面。使用ZEMAX光学软件分别对三部分镜组进行优化设计,分析了系统的像差和调制传递函数。设计结果表明:共光路物镜部分采用长工作距离、大视场角及物方远心结构,空间频率50lp/mm处,各视场的MTF接近衍射极限;投影光路畸变小于0.1%,在投影面上全视场范围MTF在6lp/mm处大于0.8且条纹周期均匀;成像光路畸变小于0.05%,在全视场范围MTF在80lp/mm处大于0.3。仿真成像结果表明,在离焦量为+/-6mm时仍能达到景深范围内分辨率要求,能有效提高3D AOI检测质量。且双光路双远心系统所用材料基本为普通玻璃且重复率较高,利于加工和节省成本。

基于条纹偏折法的渐进多焦点镜片屈光度检测

渐进多焦点镜片以其独特的优势崭露头角,适用人群越来越广泛。为了对其进行快速、精确检测,提出了一种低成本、装置简单、易操作的渐进多焦点镜片屈光度检测方法。基于透射式条纹偏折法,通过对镜片引起的光线偏折角进行计算可以快速得到整个镜片屈光度的分布。文中对屈光度检测方法的优缺点进行综述。对透射式条纹偏折法原理进行了分析和研究;构建了基于透射式条纹偏折法的实验装置,介绍了系统中的相机标定和相位解算技术;对渐进多焦点镜片进行屈光度检测实验,对结果进行分析,并与VM-2000进行数据对比实验。结果表明该方法能有效、快速地检测渐进多焦点镜片的屈光度分布,也可推广应用到其他透镜的检测。

点扩散函数选取对波前编码图像复原影响的实验研究

波前编码系统由于其离焦不敏感和像差抑制特性被广泛应用于光学系统中来延拓景深。景深的拓展是以牺牲图像像质为代价,通过数字复原方法获得正常水平的图像质量。通过对比分析两种复原方式,一种是焦点处的点扩散函数复原全部离焦位置的模糊图像,另一种是点扩散函数分别复原对应离焦位置的模糊图像,通过仿真模拟和显微实验成像对比分析得知点扩散函数复原对应离焦位置的模糊图像的复原方式可以有效削减振铃效应。该复原方式可以减弱图像二次模糊,复原结果更适合人眼观察。

浅谈高校思政教学与专业课程的有效结合——以光学工程课程为例

现代光学产业的发展对高校高素质高质量光学工程复合型专业人才的培养提出了新的挑战。文章针对目前高校思政教育存在的问题,提出思政教育与专业教育相结合的必要性,并介绍了如何有效地将思政教育融入到光学工程的专业教学中,实现立德树人的润物无声。

如何把FPGA课程上得更有趣

当前,随着FPGA在通信、汽车电子、消费电子、数据中心、工业等领域的广泛应用,FPGA课程也逐渐成为电子信息类学生最重要的课程之一。传统的FPGA教学中,基本理论和语法知识教学占据重要篇幅,学生多以看和听为主,课堂教学例程仅仅经过教师演示,学生无法上机实践,导致FPGA学习十分刻板。在枯燥的代码之下,如何有趣地学习FPGA成为教研工作者迫切思考的问题。该文通过改变教学方法、用课程之间相通之处对比教学,以及"互联网+"平台的多样化教学、线上线下相结合等方式助力FPGA教学,让学生体会到FPGA的乐趣。

全息光存储双波长非球面光学头物镜设计

全息光存储是一种利用全息方式去进行信息的记录和再现的存储方式。在同轴全息光存储中,需要光学头物镜对532nm和650nm两个工作波长聚焦于全息材料不同的焦面上,且都能达到良好的聚焦效果。由于记录和读取都在全息记录材料上,全息材料由保护层和记录层组成,由于折射率不均匀导致的像差会对物镜的聚焦效果产生影响。目前的商业物镜无法满足全息光存储中光学头的物镜需求。为了满足这类需求,达到良好的性能效果,论文利用Zemax OpticStudio光学设计软件设计了一款针对全息光存储的双波长非球面光学头物镜,整体由一片非球面镜和一片球面镜组成。工作波长为532nm和650nm两个波长,焦距大于4mm小于6.2mm,像方数值孔径大于0.5,MTF值在空间频率为900lp/mm内均大于0.4,在全息材料上聚焦获得的波面相差均方根低于0.07波长。在上述技术指标下,该物镜具有较好的分辨能力和成像质量,论文方案为全息光存储光学头物镜的设计提供了新的思路。

便携式免散瞳带信标眼底相机光学系统

设计了一款便携式39°视场免散瞳眼底相机光学系统,可以对-10～+15m^(-1)屈光度变化范围内的人眼视网膜清晰成像。采用环形光源照明,使眼底视网膜照明均匀度达到95%,也很好地消除了角膜反射。加入的信标系统使得便携式眼底相机光学系统在拍摄时有助于保持人眼与成像系统的同轴度,进一步提高拍摄视网膜图像的清晰度。通过对成像系统的优化设计及仿真分析,得到均方根直径小于6.4μm、场曲小于60μm、像散小于50μm、畸变小于3.6%,在67lp/mm处各视场传递函数值大于0.5和成像系统加工良率高的眼底相机光学系统方案。方案可以应用于眼科检查,改善全国偏远地区眼科医疗器械缺少的情况。

单分子免疫检测系统的光学系统设计

单分子免疫检测,是指将免疫复合物限制在极小的体积内,对产生的信号进行计数,是一种“数字化”的免疫检测技术。单分子免疫检测仪的核心类似于一个荧光显微系统,但普通的荧光显微镜结构复杂,且与生物芯片规格无法匹配,不能很好地满足检测需求。针对自行研制的生物芯片规格,合计了一套高性能的单分子免疫检测光学系统。根据设计要求,确定了合适的初始结构;在荧光显微系统原理和像差分析理论的基础上,使用光学设计软件Zemax对系统进行反复优化设计;设计出了满足单分子免疫检测成像要求的光学系统。系统的成像部分由15片折射透镜组成,工作距离为4mm,放大倍率为-4.52,调制传递函数值在奈奎斯特频率73lp/mm处均大于0.44,畸变为0.8%,照明部分采用柯勒照明方式,在整个视场范围内,物面上的照度均匀度达到97%。整个系统采用国产常规玻璃,有利于加工和降低成本。经优化后的高分辨率荧光显微系统结合当前发展成熟的全自动化检测技术,可以极大提高单分子免疫检测的检测灵敏度和准确率。

基于光场成像原理和混沌系统的多图像加密方法

针对现有光学加密方法对加密系统要求高、受器件性能限制、加密效率低、解密图像易失真的局限性,提出一种基于光场成像原理和混沌系统的多图像加密方法.该方法利用混沌系统随机生成光场成像系统的个数与系统参数,并在计算机中构造出相应的多个光场成像系统;将多幅待加密图像拼接后置于光场成像系统中依次计算得到光场图像,通过提取光场图像的多幅子孔径图像并进行拼接,实现多幅图像的快速加密.解密过程为加密过程的逆过程.该方法将计算成像的方式引入加密过程,使加密不受硬件条件的限制,易于实现.实验结果表明,提出的算法密钥复杂度低,易于传输;对噪声有较好的鲁棒性,密钥空间大,密钥敏感度高,安全性好;加密效率高,解密图像无损失.在需要大量图像进行安全传输的领域具有广泛的应用前景.

基于短基线双目内窥镜成像系统的3D视频标定与校正

为了解决短基线双目内窥成像系统获得的视频图像在裸眼3D显示设备中观看到的视频纵深感和立体感较弱的问题,通过分析双目内窥镜的参数以及立体视频中图像对的视差,提出了基于短基线双目内窥成像系统的立体视频校正和视差调整方法。首先,对采用的双目结构内窥系统进行相机标定,获取各相机参数和相机间的位置参数;其次,利用获得的参数进行相机视频校正,再针对裸眼3D显示设备对视频源的参数要求进行图像对的视差调整,最终获得符合裸眼3D立体显示设备要求并适合人眼观看的双目内窥系统实时显示立体视频。通过实验验证了方法的可行性,实际搭建了一套基线距离为8 mm的短基线双目内窥成像系统,原始视差范围(0,64)像素,经视差调整后达到(−30,30)像素,双路并行视频处理25帧/s并实时显示。与实验室设计的裸眼3D立体显示系统匹配,可实现具有明显立体感的医用内窥镜实时裸眼3D成像。