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波前编码技术扩展焦深的系统实验

光学精密工程 2010年第3期18卷 536-543页

作者：张欣张新张建萍何锋赟中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

为了扩大光学系统的焦深,建立了采用波前编码技术的光学/数字一体化系统,通过在普通光学系统孔径光阑处加入一个位相掩模板和后期数字处理的优化结合,实现了光学系统焦深的大幅扩展。介绍了波前编码技术的提出、发展及理论基础,设计了... 详细信息

为了扩大光学系统的焦深,建立了采用波前编码技术的光学/数字一体化系统,通过在普通光学系统孔径光阑处加入一个位相掩模板和后期数字处理的优化结合,实现了光学系统焦深的大幅扩展。介绍了波前编码技术的提出、发展及理论基础,设计了一个三片式的三次位相板系统,利用光学设计软件CODEV对传统系统和波前编码系统的成像特性进行了对比分析,给出了±40倍离焦范围内的点扩散函数三维轮廓图和调制传递函数曲线。最后,对研制的系统进行成像实验,并对波前编码系统解码前后的成像效果与传统系统进行了比较。实验结果表明,与传统系统相比,所设计的波前编码系统可以在保持光通量和像面分辨率的情况下将焦深扩展40倍。

关键词：波前编码焦深三次位相板数字处理

Zernike环多项式分析光电经纬仪主镜变形

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激光与光电子学进展 2013年第7期50卷 91-97页

作者：孟轩乔彦峰何锋赟孙宁蔡盛中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

研究了用Zernike环多项式分析光电经纬仪主反射镜变形的方法。首先推导了将有限元分析的变形结果转换成基于波前坐标系的数据形式的转换公式,然后用Zernike环多项式对某光电经纬仪主反射镜的变形进行拟合,计算了主反射镜变形引起的面形... 详细信息

研究了用Zernike环多项式分析光电经纬仪主反射镜变形的方法。首先推导了将有限元分析的变形结果转换成基于波前坐标系的数据形式的转换公式,然后用Zernike环多项式对某光电经纬仪主反射镜的变形进行拟合,计算了主反射镜变形引起的面形误差的峰-谷值(30.7nm)和面形误差均方根值(6.3nm),与实际测量结果相比误差分别为9.2%和10.5%。根据Zernike环多项式系数与Seidel多项式系数的关系,得到了主反射镜变形对光学系统像差造成的影响。将Zernike环多项式系数导入光学系统分析软件Zemax中,可对主反射镜变形后的光学系统进行综合分析,为光学系统修正提供参考。

关键词：光学设计 Zernike环多项式光电经纬仪主反射镜有限元分析拟合

根据环境温度测量制冷型红外成像系统内部杂散辐射

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光学学报 2017年第7期37卷 144-151页

作者：田棋杰常松涛何锋赟乔彦峰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

内部杂散辐射抑制水平是评价红外成像系统的一项重要指标。由于内部杂散辐射与环境温度有关,其测量过程必须在多个环境温度下进行,存在成本高、时间长且实验设备要求高等缺点。针对上述问题,通过建立多积分时间定标模型,研究环境温度对... 详细信息

内部杂散辐射抑制水平是评价红外成像系统的一项重要指标。由于内部杂散辐射与环境温度有关,其测量过程必须在多个环境温度下进行,存在成本高、时间长且实验设备要求高等缺点。针对上述问题,通过建立多积分时间定标模型,研究环境温度对内部杂散辐射的影响,提出一种采用环境温度测量制冷型红外成像系统内部杂散辐射的方法。该方法通过对制冷型红外探测器定标,获取探测器内部因素对系统输出的影响,结合系统在某一环境温度下的定标结果解算系统内部杂散辐射与环境温度的定量关系,进而计算系统在任意环境温度和积分时间下的内部杂散辐射。通过辐射定标实验验证该方法的有效性,实验结果表明该方法可以实现对制冷型红外成像系统内部杂散辐射的高精度测量。

关键词：测量内部杂散辐射辐射定标红外成像系统环境温度

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基于二次修正提高宽动态红外辐射测量精度

红外与激光工程 2020年第10期49卷 148-153页

作者：李周李铭扬余毅何锋赟蔡立华中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

随着高超音速武器的出现,实现系统对目标从低温到高温宽动态的辐射测量是未来的发展趋势,而现在对辐射测量宽动态范围的研究相对较少。文中针对宽动态辐射测量中的平行光管和衰减片带来的误差提出了二次修正方法,进一步提高了高温红外... 详细信息

随着高超音速武器的出现,实现系统对目标从低温到高温宽动态的辐射测量是未来的发展趋势,而现在对辐射测量宽动态范围的研究相对较少。文中针对宽动态辐射测量中的平行光管和衰减片带来的误差提出了二次修正方法,进一步提高了高温红外辐射测量的目标反演的精度。为验证文中提出方法的实际效果,对基于600 mm口径的中波红外辐射测量系统进行了实验。并利用文中的方法对2%、10%、20%的辐射测量结果进行了修正,实验分析结果显示,该修正方法分别将原有的测量精度提高3.31%、3.27%、1.60%,证实修正方法可以有效地提高辐射测量的精度,具有一定的工程实践意义。

关键词：辐射定标宽动态测量辐射特性红外成像系统

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超声电机驱动的旋转变倍机构

光学精密工程 2009年第11期17卷 2814-2819页

作者：王守印冷雪飞何锋赟贾庆莲张春林姚志远中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 南京航空航天大学航天学院江苏南京210016 南京航空航天大学精密驱动研究所江苏南京210016

为了弥补传统的沿光轴切向移入移出变倍镜组方式与沿光轴同向移动变倍镜组方式的变倍机构存在占用空间大、机构复杂、变倍时间长、控制精度低以及断电不能自锁等缺点,设计了一种超声电机驱动的光轴旋转方式移入移出的变倍机构。新变倍... 详细信息

为了弥补传统的沿光轴切向移入移出变倍镜组方式与沿光轴同向移动变倍镜组方式的变倍机构存在占用空间大、机构复杂、变倍时间长、控制精度低以及断电不能自锁等缺点,设计了一种超声电机驱动的光轴旋转方式移入移出的变倍机构。新变倍机构具有占用空间小、机构简单、变倍完成时间短、转角控制精确、可重复性强以及断电自锁等优点。实验结果表明,该变倍机构在100次可重复性关断特性试验中,平均转速为150r/min,试验得到最长的关断时间为0.756ms,最短的关断时间为0.748ms,关断时间最大误差为0.008ms,旋转变倍机构的最大转角误差为0.432′。最大转角误差在成像面上的偏移量<0.015mm,其误差在系统所要求的范围内。

关键词：变倍机构旋转超声电机光学变焦

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基于球面反射温阑的红外探测器变f数设计

物理学报 2017年第15期66卷 74-84页

作者：常松涛田棋杰何锋赟余毅李周中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院大学北京100039

制冷型红外探测器f数由冷阑尺寸和位置决定,在冷阑附近加温阑可以改变探测器f数,但是会引入大量杂散辐射.为解决这一问题,提出一种基于球面反射温阑的红外探测器变f数设计方法.建立了温阑红外辐射模型,分析普通平面温阑引入的杂散辐射... 详细信息

制冷型红外探测器f数由冷阑尺寸和位置决定,在冷阑附近加温阑可以改变探测器f数,但是会引入大量杂散辐射.为解决这一问题,提出一种基于球面反射温阑的红外探测器变f数设计方法.建立了温阑红外辐射模型,分析普通平面温阑引入的杂散辐射及其对探测器性能的影响.在此基础上提出球面反射温阑的设计方法,通过改变表面形状和发射特性,降低温阑引入的杂散辐射,以保证探测器变f数后的性能.为验证本文方法,设计球面反射温阑和普通平面温阑改变某制冷型探测器f数,在高低温试验箱内进行辐射定标实验测量两种温阑引入的杂散辐射,比较二者对探测器的影响.分析和实验结果表明,球面反射温阑引入的杂散辐射远小于普通平面温阑,引入的噪声等效温差也较小,能够更好地保证红外系统的成像性能.

关键词：制冷型红外探测器 f数球面反射温阑杂散辐射

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高温小目标红外辐射特性测量方法

光学学报 2017年第10期37卷 183-191页

作者：田棋杰李周常松涛何锋赟乔彦峰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

目标的温度较高且距成像系统较远时,目标像在探测器靶面上占据多个像元且输出灰度易饱和,传统的点源目标和面源目标处理方法无法适用。针对上述问题,提出一种高温小目标辐射特性测量方法,并通过外场实验验证了该方法的有效性。首先,建... 详细信息

目标的温度较高且距成像系统较远时,目标像在探测器靶面上占据多个像元且输出灰度易饱和,传统的点源目标和面源目标处理方法无法适用。针对上述问题,提出一种高温小目标辐射特性测量方法,并通过外场实验验证了该方法的有效性。首先,建立测量系统的高温定标模型,并修正平行光管透过率对定标模型的影响。然后,根据目标能量虽弥散到多个像元但到达探测器靶面的总能量不变的现象,提出一种针对高温小目标的辐射特性测量方法。最后,采用Φ600mm红外辐射特性测量系统进行外场高温小目标辐射测量实验。结果表明,考虑大气透过率和大气程辐射后,可以实现对远距离高温小目标较高精度的测量,验证了方法的有效性。

关键词：测量辐射特性辐射定标小目标红外成像系统

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两片式远距结构消热差红外物镜

光学学报 2014年第8期34卷 242-247页

作者：张鑫乔彦峰朱明超何锋赟贾宏光中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为解决光学消热差技术镜片多且结构复杂的问题,提出了一种两片式远距结构消热差光学设计方法。该光学系统由前折衍混合正透镜和后负透镜组成,衍射面补偿系统的大部分色差和小部分热差,剩余色差和热差由负透镜平衡。设计了用于非制冷红... 详细信息

为解决光学消热差技术镜片多且结构复杂的问题,提出了一种两片式远距结构消热差光学设计方法。该光学系统由前折衍混合正透镜和后负透镜组成,衍射面补偿系统的大部分色差和小部分热差,剩余色差和热差由负透镜平衡。设计了用于非制冷红外探测器的长波红外物镜,焦距为120mm,F数为1.2,远距比为0.9。调制传递函数（MTF）的设计值接近衍射极限,轴上30lp/mm处MTF的实测结果优于0.45,成像质量优良。环境温度实验测试结果表明,-40℃～60℃温度范围内,靶标边缘锐利,无温度离焦。两片式远距结构消热差红外物镜适用于机载或弹载的轻量化光电系统。

关键词：光学设计消热差设计红外光学系统两片式结构远距式结构

基于神经网络的非线性大气修正实现红外目标辐射测量

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红外与激光工程 2020年第5期49卷 177-184页

作者：杨国庆李周赵晨余毅乔彦峰何锋赟中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

红外辐射测量技术是表征目标红外特征的重要手段,而大气修正是获得目标真实辐射的必要步骤。提出了一种提高远距离目标红外辐射测量精度的非线性大气修正(NLAC)方法。该方法利用近距离标准参考源测量(NRSRM)来计算实时环境中不同位置的... 详细信息

红外辐射测量技术是表征目标红外特征的重要手段,而大气修正是获得目标真实辐射的必要步骤。提出了一种提高远距离目标红外辐射测量精度的非线性大气修正(NLAC)方法。该方法利用近距离标准参考源测量(NRSRM)来计算实时环境中不同位置的实际大气透过率和程辐射。相应条件下的理论大气透过率和程辐射也可以从大气辐射传输软件中获得。应用神经网络技术对两者之间的非线性关系进行拟合。因此,可以预测远距离的大气透过率和程辐射,以实现大气修正。为了进行比较,还进行了简单的线性大气修正(LAC)与线性增强大气修正(LEAC)。实验结果表明,该方法的红外辐射测量平均误差为6.45%,远低于常规方法,线性大气修正方法和线性增强大气修正,分别为16.17%,11.27%和7.44%。

关键词：红外辐射测量大气修正神经网络大气透过率大气程辐射