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离轴三反同时偏振成像仪光机设计

红外与激光工程 2019年第5期48卷 231-240页

作者：凌明椿宋茂新洪津孙晓兵陶菲中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026 中国科学院通用光学定标与表征技术重点研究室安徽合肥230031

基于离轴三反的前置望远系统,结合分振幅同时偏振成像技术,设计了一种运用于卫星平台环境的高空间分辨率的同时偏振成像仪,能同时获取目标的斯托克斯偏振参数,为抑制海面耀光、海雾、大气辐射等干扰,提升探测目标对比度提供了一种有效手... 详细信息

基于离轴三反的前置望远系统,结合分振幅同时偏振成像技术,设计了一种运用于卫星平台环境的高空间分辨率的同时偏振成像仪,能同时获取目标的斯托克斯偏振参数,为抑制海面耀光、海雾、大气辐射等干扰,提升探测目标对比度提供了一种有效手段,在进行动态目标探测方面具有明显优势。并以光学设计为输入进行详细结构设计。最后通过实验室整机性能测试,仪器的工作谱段500～700 nm,视场角8.5°×0.1°,空间分辨率为5 m@500 km,光学MTF>0.4@71.4 lp/mm,在高度角30°、反射率0.2的条件下,信噪比优于38 d B,偏振测量精度优于1%(P≤0.3),整机一阶模态195 Hz,结构能够承受发射时严苛的力学环境,具备良好的强度和刚度。整机性能满足实际使用需求。

关键词：离轴三反偏振光机设计同时

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离轴三反大视场空间相机像移速度场模型

红外与激光工程 2016年第5期45卷 166-173页

作者：李永昌金龙旭武奕楠王文华吕增明韩双丽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

大视场空间相机在轨成像期间,由于地球自转、卫星姿态机动和颤振等因素导致焦面像速场呈非线性各向异性分布。为此提出了一种新的基于刚体运动学的像移速度场建模方法,考虑离轴角参数,推导了离轴三反大视场空间相机的像速场解析式。以... 详细信息

大视场空间相机在轨成像期间,由于地球自转、卫星姿态机动和颤振等因素导致焦面像速场呈非线性各向异性分布。为此提出了一种新的基于刚体运动学的像移速度场建模方法,考虑离轴角参数,推导了离轴三反大视场空间相机的像速场解析式。以某大视场空间相机为例,分析了侧摆成像时同速与异速像移速度匹配模式对相机成像质量的影响。分析结果表明:以传函下降5%为约束,侧摆15°成像时,当积分级数大于10级时应采用异速匹配模式,积分级数为32级时,异速匹配相比于同速匹配使焦面动态MTF从0.340 8提高到0.970 2。当积分级数确定为16级时,侧摆角在12.3°以内时可采用同速匹配模式。在轨成像结果证明了像移速度场模型的准确性,可为大视场空间相机像移补偿提供可靠依据。

关键词：空间相机离轴三反像移补偿像移速度场侧摆成像

基于离轴三反的同时全偏振成像仪的偏振定标方法

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光学学报 2018年第9期38卷 207-214页

作者：陶菲宋茂新洪津孙晓兵凌明椿张元贞匡大鹏中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026

同时全偏振成像仪是一种基于大口径离轴三反系统的高空间分辨率偏振遥感器,它采用棱镜分振幅的同时偏振测量方法。由于仪器偏振器件多,特性复杂,导致仪器的测量矩阵偏离理想值。为保证仪器的偏振测量精度,需要进行有效的偏振定标。提出... 详细信息

同时全偏振成像仪是一种基于大口径离轴三反系统的高空间分辨率偏振遥感器,它采用棱镜分振幅的同时偏振测量方法。由于仪器偏振器件多,特性复杂,导致仪器的测量矩阵偏离理想值。为保证仪器的偏振测量精度,需要进行有效的偏振定标。提出了一种利用标准线偏振光源与圆偏振光源对一种分振幅型同时偏振成像仪进行定标的方法。线偏振定标源定标仪器测量矩阵的前三列,利用最小二乘拟合傅里叶系数获得定标系数;圆偏振定标源定标仪器测量矩阵的第4列,采用将光源旋转90°测量两次求平均的方法消除光源圆偏振态的非理想性。最后通过实验验证了同时全偏振成像仪的偏振测量精度,结果表明:定标后偏振测量精度优于1%(P≤0.3)。

关键词：测量偏振定标离轴三反偏振成像仪

用于小鼠脑皮层双光子成像的大视场弯曲视野离轴三反系统设计

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光学学报 2023年第1期43卷 201-207页

作者：黄剑周镇乔李敏贾宏博南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

为解决传统双光子显微镜进行脑皮层成像时,存在的视场小和视野与脑轮廓曲率不匹配的问题,提出了一种具有大视场弯曲视野的双光子显微物镜光学设计方案。所提方法根据赛德尔像差理论,推导出了一组用于求解同轴三反初始结构的解。在同轴... 详细信息

为解决传统双光子显微镜进行脑皮层成像时,存在的视场小和视野与脑轮廓曲率不匹配的问题,提出了一种具有大视场弯曲视野的双光子显微物镜光学设计方案。所提方法根据赛德尔像差理论,推导出了一组用于求解同轴三反初始结构的解。在同轴的基础上,进一步优化为利用自由曲面的离轴三反成像系统。优化后系统的数值孔径达到了0.15,视野曲率半径达到了6 mm,视场角达到了9°×18°,视野大小达到了3.5 mm,系统光学性能良好。合理控制系统结构参数获得了无物理干涉下双物镜联合使用的设计方案,这有利于进一步扩大成像视野。

关键词：光学设计大视场弯曲视野离轴三反脑皮层成像自由曲面

应用于大视场生物成像分析仪的离轴三反显微物镜设计

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中国光学 2021年第5期14卷 1177-1183页

作者：刘广兴张洋朱海龙尹焕才唐玉国中国科学技术大学生物医学工程学院安徽合肥230026 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

大视场生物成像分析仪能够满足对于稀有细胞和痕量病原微生物等待测样本量大,目标物稀少情况下的快速和准确检测需求,在生命科学、食品药品检测、环境安全等领域中有极其重要的作用。针对其核心部分,本文以同轴三反成像理论为基础,采用... 详细信息

大视场生物成像分析仪能够满足对于稀有细胞和痕量病原微生物等待测样本量大,目标物稀少情况下的快速和准确检测需求,在生命科学、食品药品检测、环境安全等领域中有极其重要的作用。针对其核心部分,本文以同轴三反成像理论为基础,采用视场离轴的方式设计了离轴三反显微物镜,并进行光学仿真分析。该系统光谱范围为350~1 100nm、放大倍数β=-1,视场范围为150 mm×20 mm,数值孔径为0.1,点列图直径的均方根小于3.5μm,在空间截止频率178 lp/mm处,全视场的MTF均值大于0.35,畸变为0。实验结果表明:该成像系统视场大、分辨率高,大视场生物成像分析仪系统检出率为98%。本文设计的离轴三反显微物镜成像质量良好,可满足应用需求。

关键词：大视场离轴三反高分辨微生物检测

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铝基离轴三反系统光机一体化设计

激光与红外 2023年第6期53卷 900-905页

作者：杨加强刘宏旭刘秋佐冯位欣李江勇中电科光电科技有限公司北京100015

针对红外成像领域离轴三反系统在批产中存在生产效率低、产品一致性差、抗振动和无热化等工程化要求高的问题,本文舍弃传统的手动抛光等加工工艺,以高精度精密数控加工技术为基础,确定零件的形位公差、尺寸公差和面型等参数的加工工艺,... 详细信息

针对红外成像领域离轴三反系统在批产中存在生产效率低、产品一致性差、抗振动和无热化等工程化要求高的问题,本文舍弃传统的手动抛光等加工工艺,以高精度精密数控加工技术为基础,确定零件的形位公差、尺寸公差和面型等参数的加工工艺,采用光机一体化设计方法设计一款用于中长波红外成像的铝基离轴三反系统。系统指标为有效口径150mm,扩束比4倍,视场角28°×24°,工作波段37~48μm和77~103μm。分别介绍了系统的光学设计、无热化设计、消应力设计和轻量化设计结果,并在常温和高低温下对成像效果进行了测试。实验表明,该系统能够满足中长波红外系统的成像需求。

关键词：离轴三反铝基反射镜光机一体化消应力设计无热化

基于自由曲面的大视场弯曲视野离轴三反系统设计

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基于自由曲面的大视场弯曲视野离轴三反系统设计

作者：黄剑南京理工大学

学位级别：硕士

双光子显微镜作为生物在体光学成像重要手段之一,广泛应用于脑神经科学、神经退行性疾病、胚胎发育等生物医学相关研究领域,尤其在脑皮层成像方面,具有很好的发展前景。本文中以双光子显微成像为应用背景,为解决传统双光子显微镜在进行... 详细信息

双光子显微镜作为生物在体光学成像重要手段之一,广泛应用于脑神经科学、神经退行性疾病、胚胎发育等生物医学相关研究领域,尤其在脑皮层成像方面,具有很好的发展前景。本文中以双光子显微成像为应用背景,为解决传统双光子显微镜在进行脑皮层成像时视场小和视野与脑轮廓曲率不匹配的问题。提出了一种基于自由曲面的大视场弯曲视野双光子显微物镜光学设计方案。该方案在赛德尔像差理论的基础上,通过将光学系统中的主要像差(球差、彗差、像散)校正完全,在无像散的情况下合理控制Petzval场曲的大小,得到一个良好的同轴三反初始结构解,在同轴的基础上,采用视场倾斜的方式实现无中心遮拦离轴化设计,根据对各自由曲面面型表征方法的分析,选取XY多项式去表征系统自由曲面面型,分析了光学系统离轴后的像差特性,在此基础上,并结合光学软件ZEMAX上宏语言编写的离轴结构限制的ZPL文件,开展对光学系统的优化设计。应用该方案成功设计出了系统数值孔径0.15,视野曲率半径6mm,视场9°×18°的离轴三反光学系统,同时在初始结构选型过程中,通过合理控制反射镜间间距,利用离轴反射式光学系统的结构优势,实现了无物理干涉条件下的双物镜系统联合使用设计方案,为小鼠左右脑皮层同时成像提供设计基础,有利于进一步提高实际成像视野。

关键词：光学设计大视场弯曲视野离轴三反脑皮层成像自由曲面

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离轴三反空间相机的畸变测量

硅谷 2014年第17期 109-110页

作者：谭进国何欣中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

离轴三反光学系统的畸变是空间相机的重要指标之一,离轴三反空间相机在完成光学系统装调及光学镜头装配后需要进行畸变测量。本文详细介绍采用精密测角法对离轴三反空间相机进行畸变测量,并以某离轴三反空间相机为例论述畸变测量方法及... 详细信息

离轴三反光学系统的畸变是空间相机的重要指标之一,离轴三反空间相机在完成光学系统装调及光学镜头装配后需要进行畸变测量。本文详细介绍采用精密测角法对离轴三反空间相机进行畸变测量,并以某离轴三反空间相机为例论述畸变测量方法及步骤,计算结果满足5‰的光学系统要求,证实了该测量方法的可行性。

关键词：离轴三反空间相机畸变测量

大视场大相对孔径斜轴离轴三反望远镜的光学设计

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光子学报 2019年第3期48卷 48-58页

作者：刘强王欣黄庚华舒嵘中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室上海200083

推导了离轴三反光学系统的线性像散平衡条件,在此基础上采用倾斜母镜光轴的方法设计了大相对孔径时大视场像散校正的斜轴离轴三反光学系统.系统视场为5°×5°,相对口径为1/3.1,口径为250mm,波段为400～2 500nm.将该系统与相同光学参数... 详细信息

推导了离轴三反光学系统的线性像散平衡条件,在此基础上采用倾斜母镜光轴的方法设计了大相对孔径时大视场像散校正的斜轴离轴三反光学系统.系统视场为5°×5°,相对口径为1/3.1,口径为250mm,波段为400～2 500nm.将该系统与相同光学参数的共轴二次非球面离轴三反系统和共轴高阶偶次非球面离轴三反系统进行对比.结果表明斜轴离轴三反光学系统所有视场的光学传递函数在17lp/mm处均大于0.73,由于反射面采用圆锥曲面,其在偏轴视场成像质量方面有明显优势.对斜轴离轴三反光学系统的加工与装调进行了分析,其公差较为宽松,验证了其结构实现的可行性.

关键词：光学设计空间光学线性像散平衡离轴三反大视场