摘要：光照环境变化、印刷材质差异、相机彩色滤光片曲线或色彩响应偏差容易影响相机检测印刷色度测量值,而高光谱成像仪可获取物体的自身反射率曲线并配合色度算法有效提升色度测量的准确性,并可得到各种光照环境条件下的色度值。基于印刷品色差检测需求,提出以印刷品三原色混合反射率为基础建立成像色度测量系统各指标的三刺激值影响分析模型,重要指标有信噪比、光谱分辨率、谱线弯曲、色畸变等。为降低非均匀性、噪声及辐射标准传递影响,摒弃传统成像光谱仪相对辐射定标、绝对辐射定标而采用均匀间隔分布的标准漫反射板来直接建立物体反射率和仪器探测器像元响应的物理关系。基于Offner型分光组件研制了推扫式宽幅色度成像装置(PBCID),具有低谱线弯曲和色畸变的分光组件减免了校正处理,并由分析模型和CIEDE2000色差公式得到该装置各指标引起的色差均小于0.3。对比PBCID和参照仪器CM-700d测量24色标准色卡的颜色结果,光谱精度和色度精度能够达到分辨精细印刷品色差的要求。反射率定标后狭缝视场内光谱辐射响应均匀,色度测量均匀性良好,最大色差为1.02。不同光源照明时PBCID测得各色块的平均色差为1.56,表明使用研制的PBCID测量颜色时不受光源的影响。本文提出的色度测量仪器指标影响分析模型和基于反射率板的定标流程为开发在线式宽幅成像色度仪器提供了设计依据和技术基础。

摘要：光学压缩光谱成像是融合了压缩感知原理的新型光谱成像技术,具有降低数据采集量、能对景物实施凝视拍摄、提高信噪比等优点。考虑到采样质量对最终成像质量的影响,在现有成像系统中均采用采样间隔与调制间隔匹配的方法,但此方法降低了系统的采样率,损耗了原始光谱分辨率。针对上述成像方法缺陷,克服采样间隔和调制间隔匹配的成像系统设计要求,所设计实验装置使其光谱分辨率理论值提高至原先方法的3倍以上,并对最优化方法进行改进,在正则化函数中增加表征数据光谱维连续性的变差项,增强数据重建可控性及可靠性。实验结果表明,新方法下实验装置的光谱维通道数提升,各波段图像和特定位置光谱曲线能精确反映目标物的空间特性和光谱特性。

摘要：小卫星具有研制发射成本低、适于机动战术应用等优点,但基于几十kg级的卫星平台实现米级或亚米级对地光学遥感,仍是一个具有挑战性的问题。对此提出一种新的两反射镜折反系统,由两块非球面反射镜和像方负光焦度三透镜组组成,兼具传统两反射镜系统轴对称性而结构紧凑、易于装调和三反射镜系统平场消像散的优点。首先,介绍该新型系统基本思想与结构,导出其初级像差公式,分析给出色差和单色像差校正方法与初始结构求解方法。然后,实例优化设计得到结构紧凑、适用于低轨高分辨率小卫星对地遥感的光学系统,其工作波段、全视场角、有效焦距和F数分别为450-800 nm、1.2°、3000 mm和F/10,系统的光学总长和通光口径分别为595 mm和300 mm。自身消色差的负光焦度透镜组由同种普通玻璃组成,系统成像质量接近衍射极限。

摘要：为探索大口径超轻高精度可展开光学系统的可行性,对5 m全口径空间可展开主镜的2 m离轴分块镜进行了研究。首先通过分析和比较,确定了分块镜的材料、轻量化结构型式和支撑点的位置;然后,通过有限元建模和分析,得到面密度小于40 kg/m2的超轻量化分块镜初始结构;最后,在分块镜3D板壳模型的基础上建立了带三个定位孔的3D实体模型。分析结果显示,分块镜在支撑条件下自重变形误差为7.93 nm RMS/46.9 nm PV,优于面形精度λ/50 RMS的要求,实现了超轻量化和高精度,且分块镜能承受发射状态下的力学环境。该研究为大口径超轻高精度可展开光学系统的工程应用提供了一种技术方案,具有工程实用价值。

摘要：提出了一种实现消色散光变图像的二元光学方法.以不同取向的狭缝光阑作为目标物光场,采用迭代傅里叶变换算法计算得到具有定向衍射特性的二元位相结构,并作为光变图像的微结构.面向不同图形结构的光变图像,给出了两种不同的数据方案.利用自行研制的激光直写系统以逐图形方式和矢量化直写工作方式分别光刻不同结构的光变图像,位相结构的线宽为2μm.实验结果表明,定向衍射二元光学位相结构具有消色散特征,且适合于热压复制工艺,为制造消色散光变图像提供了一种新方法.

摘要：为克服现有离轴头戴显示光学系统设计方法不能直接设计全视场全孔径自由曲面反射镜的问题,提出了基于马吕斯定律的自由曲面三维直接设计方法。首先根据马吕斯定律求解自由曲面在全视场和全孔径范围内的所有特征数据点,然后将特征数据点拟合成用多项式表征的自由曲面,直接获得成像质量良好的自由曲面离轴系统初始结构,最后利用评价函数对拟合的多项式系数进行优化,确定最佳拟合系数,生成所需的自由曲面反射镜,得到离轴头戴显示光学系统最终结构。该方法简化了设计流程,计算效率高。基于提出的方法分别设计了单反射面和双反射面的头戴显示光学系统,单反射面系统的出瞳直径为3 mm,视场角19.12°×14.4°;双反射面系统的出瞳直径为8 mm,视场角23°×16°。设计结果表明,用该方法设计的单/双反射面头戴显示系统,其成像质量良好,系统结构紧凑。公差分析表明,引入公差后单/双反射面头戴显示系统最终可实现全视场调制传递函数(MTF)大于0.3 lp/mm和0.35 lp/mm。

摘要：为解决目前光片荧光显微镜光片厚度单一的问题,基于变倍扩束原理进行了可变光片照明系统设计。首先,对光片照明系统各组成部分进行了高斯光学计算,得到光片厚度与扩束比的关系以及扩束比与各组元垂轴放大率、焦距的关系;然后,设计了基于10倍扩束的可变光片照明系统,得到厚度和长度连续可变的光片;最后,对光片参数、均匀性及系统的公差进行分析。设计结果表明,连续可变光片的厚度为3.33~33.3μm,在YOZ平面上60%的光片高度区域内,低(1×)、中(6×)和高(10×)扩束比下的照度均匀性分别达到0.65、0.4和0.61。公差分析表明,光片厚度在1×扩束比时的最大改变量小于设计值的15%,在6×和10×扩束时小于6%。设计实现了光片厚度的连续变化,且在60%的光片高度区域内有利于样本的观察。

摘要：为减小成像光谱仪的偏振敏感度并提高其定量化探测精度,提出一种透射式消偏振二维二元闪耀光栅。它在两个正交方向上都具有周期性槽形单元,每个槽形单元包含7个子周期。每个子周期的介质占空比在两个方向上是独立的,可同时调制TE和TM偏振态的等效折射率,以此优化光栅偏振特性。本文将等效介质理论拓展到二维情况,设计了以熔石英为基底,工作波段为0.6~0.8μm的高衍射效率消偏振二维二元闪耀光栅。光栅两正交方向周期分别为3.31μm和0.473μm。仿真结果表明,在参考波长0.7μm处TE和TM偏振态衍射效率分别为79.5%和79.6%,0.6~0.8μm波段范围内TE和TM偏振态衍射效率均高于70%,偏振敏感度低于2.6%。与一维二元闪耀光栅相比,二维二元闪耀光栅具有高衍射效率、低偏振敏感度和易制作的优势。所得结论可用于指导实际应用中透射式二元闪耀光栅的设计,可望在光栅型高光谱成像仪中得到应用。

摘要：为了提高透镜的散热能力,设计了一种新型全内反射(TIR)透镜,该透镜的出射面中央为自由曲面菲涅耳面。采用斯涅尔定律和全反射定律分别求解TIR透镜折射部分和反射部分自由曲面的面形。同时,采用一种菲涅耳透镜的普适设计方法将折射部分自由曲面转变成菲涅耳面。通过蒙特卡洛光线追迹模拟自由曲面菲涅耳TIR透镜的照明效果,结果显示:当光源尺寸为2 mm×2 mm时,其远场照度均匀性为82%,光效为96.6%,透镜质量为21.94 g。与未加菲涅耳面的TIR透镜相比,带自由曲面菲涅耳面的TIR透镜在光效仅下降2%,在照度均匀性未变的情况下,透镜质量减少了约20%。这说明对TIR透镜的自由曲面出射面进行菲涅耳化可明显地缩小透镜的体积和质量,缩短光线在透镜内部的光程,因此可有效提高透镜的散热效率和使用寿命,同时保持良好的照明效果。

摘要：设计和研制了用于静止轨道高光谱遥感卫星的中波红外成像光谱仪分光成像系统。根据静止轨道特点分析光学系统指标参数,指出分光成像系统具有狭缝长、相对孔径小和体积紧凑的特点。设计了波长为3~5μm,狭缝拼接长度为49 mm,光谱采样间隔为50 nm,系统F数为5.4的双狭缝Offner型分光成像系统。采用整机制冷提高系统灵敏度,分析结果表明,工作温度低于160 K时,系统噪声等效温差(NETD)可降低至0.2 K,并根据制冷温度进行消热差设计。根据光学设计结果,研制材料为全铝合金的分光成像系统原理样机,自研的凸面闪耀衍射光栅的峰值效率高达86.4%。利用可见光和近红外光的高级衍射谱测试常温下样机性能,结果表明,研制的样机光谱成像质量优、光谱畸变小,各项指标均满足设计要求。