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光学学报 2012年第11期32卷 317-323页

作者：杨晋唐玉国巴音贺希格崔继承齐向东中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100049

为实现高光谱成像系统小型化、轻量化和高成像质量的要求,并使全工作波段具有更高的光学效率,提出以Féry棱镜组合作为分光元件的Dyson高光谱成像仪系统,系统中引入消色差棱镜组合以减小光谱的非线性色散,使棱镜系统色散的线性度达到较... 详细信息

为实现高光谱成像系统小型化、轻量化和高成像质量的要求,并使全工作波段具有更高的光学效率,提出以Féry棱镜组合作为分光元件的Dyson高光谱成像仪系统,系统中引入消色差棱镜组合以减小光谱的非线性色散,使棱镜系统色散的线性度达到较高。结果表明,可见-近红外(VNIR)光谱通道的光学调制传递函数(MTF)达到0.9以上,光谱分辨率为4.2～6.8nm。短波红外(SWIR)光谱通道的MTF达到0.73～0.87,光谱分辨率为6.4～12.5nm。通过消色差Féry棱镜组合的设计,该光学成像系统两个光谱通道内的相对谱线弯曲均小于0.05%,色畸变小于0.13%。

关键词：光谱学高光谱成像仪 Féry棱镜消色差棱镜谱线弯曲色畸变

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一种长狭缝均匀色散的Dyson棱镜成像光谱仪

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光学学报 2022年第13期42卷 142-149页

作者：范纪泽李博叶新李寒霜林冠宇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

国内外研究的Dyson棱镜成像光谱仪有自身像差较小、高透过率等优点。对Dyson棱镜式成像光谱仪存在的色散均匀性进行改进,通过分析不同材料棱镜的色散规律,选用了熔融石英及CaF2材料构成的消色差棱镜组,并采用超环反射面及透镜组校正其... 详细信息

国内外研究的Dyson棱镜成像光谱仪有自身像差较小、高透过率等优点。对Dyson棱镜式成像光谱仪存在的色散均匀性进行改进,通过分析不同材料棱镜的色散规律,选用了熔融石英及CaF2材料构成的消色差棱镜组,并采用超环反射面及透镜组校正其余像差。优化得到一种长度为80 mm的狭缝、色散较为均匀的Dyson棱镜成像光谱仪,同时采用双反物镜结构及拼接狭缝的手段达到总体200 km的幅宽要求。结果表明,在400~2500 nm波段范围及狭缝长度为80 mm的条件下,光谱分辨率为10 nm,光学系统设计值在25 lp/mm截止频率下,调制传递函数大于0.6。通过各波长色散后的像面光谱位置可以得出,在400~1200 nm范围内,色散曲线与拟合直线之间的拟合精度由单材料棱镜时的0.88提高到两种材料棱镜时的0.94,色散均匀性也得到了极大的改善。

关键词：光学设计成像光谱仪消色差棱镜 Dyson棱镜

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光谱成像仪同心光学系统设计与优化研究

光谱成像仪同心光学系统设计与优化研究

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作者：杨晋中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

学位级别：硕士

光谱成像仪是一种可以同时采集目标的空间结构信息和光谱信息的新型光谱遥感设备,将成像技术和光谱技术有机融合,实现被测目标的定时、定位、定量、定性分析,解决了传统光学仪器领域不能同时对目标进行图像分析和光谱分析的难题。与在... 详细信息

光谱成像仪是一种可以同时采集目标的空间结构信息和光谱信息的新型光谱遥感设备,将成像技术和光谱技术有机融合,实现被测目标的定时、定位、定量、定性分析,解决了传统光学仪器领域不能同时对目标进行图像分析和光谱分析的难题。与在准直光束中使用光栅或棱镜作为色散元件的传统光谱成像系统相比,同心光谱成像系统可以很好得校正谱线弯曲(Smile)和色畸变(Keystone)的问题,并且具有平像场、体积小和质量轻等优点,可以适应各种遥感平台的搭载,已广泛应用于军事侦察、资源勘查、环境监测、天文观察等领域。以曲面光栅作为色散元件的同心光谱成像仪,具有结构简单紧凑、便于装调等优点,但光栅在实现宽工作波段、高衍射效率方面困难较大。因此,以具有宽自由光谱范围和高光谱透过率的棱镜作为同心光学系统色散元件的光谱成像系统受到了关注,而且取得了较好的研究成果。但是,棱镜的缺点是色散具有非常明显的非线性,增加了光谱定标的难度,而且光谱取样的非线性会严重影响光谱敏感度。此外,作为实现光谱成像仪高保真、高空间分辨率成像的前置望远成像镜头,需要根据光谱成像系统特点展开进一步的研究。鉴于此,本论文对同心光谱成像仪的整体光学系统进行了较为深入的研究。主要研究内容包括以下几方面：第一,基于几何像差理论和波像差理论,利用光线追迹法建立了同心光谱成像仪像差分析模型,推导了结构参数、色散元件参数对同心光谱成像仪像差的影响,加深了对同心光谱成像系统的理解,为同心光谱成像仪的光学设计提供了理论指导。第二,设计了Offner凸面光栅光谱成像仪光学系统和Dyson凹面光栅光谱成像仪的光学系统,并制作原理样机。第三,设计了以消色差Fery棱镜作为色散元件的同心光谱成像仪系统,实现宽工作波段、高光谱透过率要求,并通过消色差棱镜组合,抑制棱镜色散的非线性。第四,针对不同的应用场合,设计不同的前置成像镜头,并与同心光谱成像系统进行一体优化,进一步实现高像质、平像场、高光谱分辨率的要求。这些研究成果为实验室的曲面光栅便携式光谱成像仪的研制,和将来的机载光谱成像仪、星载光谱成像仪的研发,提供理论基础和设计依据。

关键词：光谱成像仪同心光学系统 Fery棱镜消色差棱镜光学设计

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基于人眼特性的虚拟现实光学系统设计

基于人眼特性的虚拟现实光学系统设计

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作者：陈杰康苏州大学

学位级别：硕士

虚拟现实(Virtual Reality,VR)光学系统是大视场目镜系统应用的一种重要形式,其特点是能够让使用者获得良好的沉浸感和立体视觉,主要用于电子竞技、虚拟教学、装饰设计、教学评价等多个领域。根据人眼存在视轴偏角的视觉特性,本文研究... 详细信息

虚拟现实(Virtual Reality,VR)光学系统是大视场目镜系统应用的一种重要形式,其特点是能够让使用者获得良好的沉浸感和立体视觉,主要用于电子竞技、虚拟教学、装饰设计、教学评价等多个领域。根据人眼存在视轴偏角的视觉特性,本文研究一种视场非对称分布的四片式VR光学系统结构。本文基于人眼特性分析了视场非对称VR光学系统的主要设计指标,阐述其基本原理和光学结构;根据部分双目重叠理论和人眼的视场特点,重点提供视场非对称VR光学系统的光学设计思想和设计结果。根据VR光学系统的光学设计要求,讨论同轴对称视场光学系统的结构选型,选取合适的初始结构,利用光学设计软件ZEMAX求解出符合设计要求的同轴对称视场光学系统结构。利用消色差棱镜,借助ZEMAX软件,通过适当增加优化变量平衡像差,经过优化设计获得结构紧凑、视轴偏转的视场非对称VR光学系统,通过公差分析验证其可加工性。最后,通过对此系统结构的光学参数的分析,验证加入消色差棱镜的方法符合实际使用要求。加入消色差棱镜的光学系统结构提供了45°+35°非对称分布的视场,5°的视轴偏角以及1334×750像素数的屏幕分辨率;模拟结果显示奈奎斯特频率处MTF值均优于0.1,0.707视场内畸变小于10%,且色差情况也符合人眼观察需要。结构中多数采用塑料镜片,仅仅加入了棱镜,公差分析结果表明90%以上的样本在取样MTF处的值下降14.7%,公差分配合理,便于加工和装调。加入消色差棱镜的视场非对称VR光学系统设计具有一定创新性,能够实现视轴偏角,双目视场增大,且结构紧凑。

关键词：视场非对称 VR光学系统消色差棱镜初始结构光学设计

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