增加航空摄影地面收容宽度方法研究

在实施大面积航空摄影时,常需要单航线飞行获取较大的地面收容宽度以提高效率,但单台航空相机的地面收容宽度是有限的。基于某项目的研制,为实现单航线摄影地面收容宽度不小于5.2 H(H为摄影高度)的指标,提出了采用多台短焦距相机组合使用的方式增加单航线摄影地面收容宽度。论述了采用双并列、三并列、四并列实现地面收容宽度指标的计算方法,通过计算前向像移速度差选择最优方案。该方法已在自然灾害监视及灾后重建普查方面得到广泛应用,文中论述的方法对推扫式航空相机、短焦距面阵CCD及胶片相机都是适用的。

用分区处理方法对短焦红外经纬仪像点位置的修正

为解决短焦距大视场红外经纬仪红外数字图像中因为实际生产过程中光学、机械、装调等因素带入的目标点成像位置误差,本文中采用了分区处理的思想,将成像靶面分为多个区,对每一个区域进行线性最小二乘处理得到所需要的参数,并将这些参数用于后续的计算,实验数据表明该方法可以显著提高全视场测角精度。

新型准光学瓦级固态功率合成器

本文介绍一种新型短焦距开放腔固态功率合成器的实验结构和实验结果。由4只标称功率为155mW,160mW,160mW和165mW的Gunn二极管,采用串联型接法进行的合成实验,在X波段获得了开机输出功率大于1W,稳定输出功率为850mW。

基于大Δn液晶材料的短焦距透镜阵列

为了在不改变液晶透镜孔径的基础上减小其焦距,本文提出了一种基于大Δn液晶材料的短焦距透镜阵列。该透镜阵列采用大Δn液晶材料,使其在低驱动电压下便可以积累较大的光程差。下基板采用ITO驱动电极与ITO接地电极交替排列的结构,且ITO驱动电极位于介电层上方。ITO接地电极使其边缘区域内存在弱电场,介电层平滑了液晶层内的电场。该设计不仅在大孔径范围内实现抛物线形的相位分布,且减小了驱动电压。仿真结果表明,当驱动电压为6 V时,该液晶透镜阵列的相位分布曲线与理想抛物线匹配较好。单个液晶透镜中心与边缘的相位差为42.17π左右,使其达到最小焦距约1.72 mm。当驱动电压从0 V增加到6 V时,液晶透镜阵列的焦距从∞减小到1.72 mm左右。因此,该液晶透镜阵列可以应用于2D/3D可切换显示、AR显示等领域。

一种长工作距广角工业内窥镜头的设计

为了满足大角域范围覆盖、高信息量获取的需求,设计了一种可见光范围的长工作距广角工业内窥镜。该镜头基本结构采用多级成像,物镜系统采用反远距型结构,转像系统采用透镜式。镜头像面处接1/3英寸CCD,基于成本及像质方面综合考虑,采用球面透射式且非胶合方案。使用ZEMAX软件对该镜头进行了优化设计,并进行了像质评价。最终镜头由一个蓝宝石窗口、12片球面透镜及一个用来延长光程的厚平面组成,全视场角为102°,焦距为3.25 mm,工作距全长为730 mm。光学系统入瞳直径为1 mm,成像弥散斑半径大小在6 μm以内,接近衍射极限,在50 lp/mm处的调制传递函数值大于0.4,最大畸变值小于25%。评价分析表明设计结果满足技术要求,结构合理。

基于光学系统畸变设计曲线的畸变校正方法

为消除短焦光学系统的畸变给测量精度带来的不利影响,提出了基于光学系统畸变设计值和全视场拟合畸变参数曲线的方法对畸变进行标定和修正,通过测量视场内若干点的像元角分辨率并拟合其与视场角的关系,给出一条抛物线形式的畸变参数曲线,并将其用于测量。相对于传统的分区域最小二乘拟合参数校正的方法,其实现过程更简单,精度更高。实验结果表明在焦距50 mm和125 mm时,在仅使用一半标定数据的情况下可比分区域校正方法提高精度约22%。

适用于激光聚变实验的短焦距高放大倍率Wolter显微镜设计

围绕内爆压缩及阻滞阶段相关物理实验的诊断需求,提出了一种满足阿贝正弦条件的短焦距高放大倍率Wolter-Ⅲ型X射线显微镜的光学设计。详细介绍了Wolter-Ⅲ型显微镜的结构特点和设计方法,与Wolter-Ⅰ型相比可以通过将主平面向靠近物点方向移动的方式减小系统焦距,从而获得更大的放大倍数,实现显微镜与探测器的像质匹配,提高诊断系统的空间分辨。由光线追迹可以得出,在±190μm的视场范围内,空间分辨率优于3μm;在±240μm范围内分辨率优于5μm;在±300μm范围内分辨率优于8μm,几何集光立体角约为5×10^(−6) sr。

折反式超短焦投影镜头设计

针对国内外市场对近距离、大屏幕投影系统中需降低投影镜头加工难度及成本的要求,该文设计了一款超短焦投影镜头。设计过程中选用折反式结构,利用物、像关系原理,结合物方视场计算反射镜面型参数,得出反射镜面型。该方法便于校正大视场畸变、抵消折射镜组的像散和场曲,整个光学系统包括15片球面透镜和一片非球面反射镜,系统总长286 mm,投影距离500 mm,投射画面尺寸254 cm(100英寸),系统投射比0.22,相对照度大于85%,MTF(modulation transfer function)在0.4 lp/mm时大于0.5,水平TV畸变小于0.55%,垂直TV畸变小于0.65%。该系统的多项设计指标均优于市面上现有的产品指标,采用同轴球面设计易于加工、装调,可有效降低生产成本。

自由曲面反射式投影成像系统的设计

为了使投影设备具有超短投影距离,同时具有大尺寸高清显示画面本文设计了一款采用自由曲面全反射式成像光路小投射比的超短焦距投影物镜。系统使用16.5 mm(0.65 in) DMD微透镜显示芯片采用远心光路提高像面照度均匀性;利用光学设计软件CodeV进行镜片设计与优化最终得到由4片非球面反射面构成的投影物镜。物镜投射比为0.25、焦距为2 mm、光学总长34 mm、投影距离1 m-4 m,画面尺寸为4 m-16 m(157-630 in);各视场MTF值在单个像素对应的奈奎斯特频率处均达到0.25以上水平、垂直TV畸变均小于2%,各项指标满足系统设计要求,镜片数少,结构简单。

基于聚合物突起的液晶透镜阵列

提出了一种基于聚合物突起液晶透镜阵列。该液晶透镜阵列的周期性聚合物突起上镀有氧化铟锡透明电极,利用介电层抹平相剖面,通电状态下在液晶层内部产生沿透镜孔径呈线性变化的垂直电场,在液晶层内形成了呈中心对称的梯度折射率分布,从而使液晶层对入射光线有聚焦作用。优化后的液晶透镜阵列采用较薄的液晶层,大幅缩短了液晶透镜阵列的响应时间。所提液晶透镜阵列具有工作电压较低、电极简单、基板内部侧平面化和液晶层厚度均匀等优点。仿真结果表明,通过改变驱动电压,该液晶透镜阵列的焦距可以从无穷大连续调节到1.28 mm。

短焦距液体凸透镜

利用光学Mach-Zenhder干涉仪对细管端口涌出的液滴所形成的短焦距透镜的光学性质进行了研究。细激光束经液滴透镜后扩展出射的球面波与另一条光路中的平面波干涉形成同心圆的干涉条纹,利用CCD相机采集干涉条纹图像,通过计算机图像处理程序得到各级次干涉条纹半径,从而计算出球面波的曲率半径。

低公差敏感度的大变倍比极短总长中波红外变焦光学系统设计

目前中波红外变焦系统在大变倍比,长焦距变焦条件下,难以在极短总长的条件下具备较低敏感度。针对这一问题,本文通过合理分配非球面和衍射面,采用独立组元低敏感度设计方法,设计出一套无需折叠光路,总长仅有337 mm的低敏感度中波红外变焦光学系统。通过降低各个组元的像差从而降低系统公差敏感度。该系统具有30倍大变倍比,可实现30~900 mm的长焦距连续变焦。该系统具有变倍比大、长焦距变焦、极短总长以及低敏感度并且全焦距范围内像质良好等优点,在狭小空间目标识别、跟踪、探测等方面,具有较大的应用优势。

超长焦距短结构光学系统设计

针对高分辨率长焦距光学系统的结构特点,在受到轨道舱直径4 m左右结构限制的情况下,长焦距光学系统的结构长度的减小显得非常重要。通过像差理论计算和ZEMAX光学设计软件的设计,在满足了超长焦距高分辨率和结构长度小于4 m的要求的情况下,设计了一个视场为1.5°×0.3°、相对口径为1/9、焦距长度为23333 mm,结构长度做到了3314 mm的光学系统。系统采用了两个椭球面和一双曲面,还有两个平面折叠镜。其中平面折叠镜不仅可以缩短光路,还可以起到调焦作用。

一种新型离轴全息透镜的研制

本文介绍了短焦距离平轴全息透镜的特点、成像机制和制做方法。离轴全息透镜是用干涉原理制成的光学元件 ,它与普通透镜相互补充能完成某些特殊的功能。本文所研制的离轴全息透镜能使正入射的平行光经透镜后短焦距离轴会聚 ,适应了某些光学系统的特殊需要。