1 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术研究室，陕西 西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所总师办，陕西 西安 710119
3 中国科学院西安光学精密机械研究所先进光学元件试制中心，陕西 西安 710119
4 中国科学院西安光学精密机械研究所航空光电技术研究室，陕西 西安 710119
变曲率反射镜是一种主动光学元件，通过改变自身曲率半径实现对波前的动态控制。首先对变曲率反射镜国内外现状及发展趋势进行了综述；其次，建立了变厚变曲率反射镜形变物理模型，对兼顾大中心形变与高面形精度的机理进行了理论分析，并通过形变的面形精度保持实验对其性能进行了验证；最后，从三个方面探索了变厚变曲率反射镜在空间光学相机中的应用：1）针对大变倍比变焦成像对反射镜超大中心形变的要求，设计了基于有限元迭代并叠加高阶球差的反射镜优化流程，实现了近毫米级中心形变反射镜设计；2）针对空间光学相机成像对调焦精度及速度的要求，提出了基于次镜变曲率反射镜的高精度大动态调焦方法；3）提出了积分时间内利用变曲率次镜沿光轴方向快速扫描的编码成像方法。
光学器件 主动光学 变曲率反射镜 空间光学相机 光学变焦 调焦 光学学报
2022, 42(17): 1723002
采用机械补偿法变焦型式, 建立两组元连续变焦光学系统模型, 在该模型的制导下, 针对中波640×512、像素尺寸15 μm制冷型焦平面阵列探测器, 设计了一款立体布局的高变倍比连续变焦光学系统。该系统工作波段为3.5 μm~4.8 μm, 焦距范围覆盖30 mm~500 mm, 工作温度范围覆盖-40℃~+60℃, 变焦过程中F数恒定为4, 系统变焦全过程具有100%冷光阑效应。设计过程中对系统冷反射进行了详细分析, 对凸轮曲线进行优化设计。设计结果表明: 该系统在08视场内, 全温度范围的光学调制传递函数在33 lp/mm处大于0.25, 在25 lp/mm处大于0.4; 全视场公差作用下系统传递函数在33 lp/mm处大于0.13。该系统具有变焦轨迹平滑, 冷反射抑制特性优良, 成像质量佳, 环境适应性好等优点。
中波制冷 连续变焦 高变倍比 无热化 cooled mid-wavelength infrared continuous zooming high zoom ratio athermalization
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了满足无人机光电载荷的体积和重量要求, 并有效解决传统凸轮机构加工精度要求高、系统易产生机械振荡等问题, 提高系统的响应速度和变焦精度, 对基于步进电机驱动实现连续变焦的直线变倍成像系统进行研究。采用二相混合式步进电机驱动实现机械补偿式变焦系统的变焦聚焦功能。首先, 本文研究了基于步进电机的直线变倍成像系统的工作原理与构成, 完成硬件平台的搭建, 利用单片机控制实现步进电机的加减速过程。然后构造适合本系统的图像清晰度评价函数, 并采用扫描反馈搜索算法完成对镜头焦距值的标定, 将标定结果载入聚焦算法。最后, 完成系统的性能测试。测试结果显示, 采用速度控制模型后, 步进电机的定位误差显著降低, 范围在0010 mm以下, 整个系统的变焦精度远远小于1%, 而且光学性能和外场拍摄性能较好。该基于步进电机的直线变倍成像系统满足无人机光电载荷的适用性要求。
直线变倍镜头 步进电机 加速曲线 自动聚焦 图像清晰度评价函数 continuous zooming lens stepping motor acceleration curve auto focus image sharpness evaluation function
华中光电技术研究所 武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
基于潜望镜的基本原理, 设计了一种焦距252 mm～504 mm的连续变焦潜望镜光学系统, 该系统将传统的采用翻转变倍方体的跃式变倍方式改为沿轴向移动变倍镜组和补偿镜组实现连续变焦的方式。系统经仿真验证及像质分析证明, 各项性能指标均满足设计要求。测试结果表明, 光学系统空间分辨率小于2′。
潜望镜 光学系统 翻转变倍 连续变焦 像质 periscope optical system flip zooming continuous zoom imaging quality
1 中国科学院光电研究院投影光学实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京100049
在物体原始计算全息图基础上, 基于Gerchberg-Saxton迭代算法, 给出了一种全息图的再现像放缩算法。该算法利用物像关系原理, 通过设定恰当的参数, 在指定再现位置处实现再现像任意比例的放缩, 能有效避免放大比例过大导致的照明不均匀等问题。在MATLAB平台进行数值模拟, 搭建基于硅基液晶纯相位空间光调制器的全息再现光路对算法进行验证, 在特定衍射位置处得到一张二值化图片在缩放比例分别取0.5、2和3时的再现像。对一张灰度图像放大再现, 分析该算法对再现像成像效果的影响。实验结果证明, 算法实现了预期的再现像放大缩小, 并且有效地提升了再现像的成像质量。
全息术 再现像 图像放缩 迭代算法 计算全息
1 集美大学理学院, 福建 厦门 361021
2 福州大学物理与信息工程学院, 福建 福州 350002
在单圆孔电极液晶透镜基础上进行结构改进,形成双层非对称新型液晶透镜。结合几何光学和液晶理论,利用Zemax模拟并优化该双层结构液晶透镜参数。由Zemax分析可知,在相同的低驱动电压(2.5Vrms~20Vrms范围),0°、3.5°、5°视场角中,双层结构透镜相比于单层结构透镜,可获得更宽的调焦范围,短焦焦距f从19.6172 mm缩小到9.9059 mm;像差显著减小;该光学调制传递函数(MTF)为0.6时,径向分辨率从12.06 lp/mm提高到21.02 lp/mm,提高近一倍,图像解像力和清晰度显著提高,并且高频部分MTF由0.1增加到0.3。最后,实验验证了20Vrms时,双层结构液晶透镜的衍射光斑最小。
光学设计 3D显示 液晶透镜 连续变焦
1 中国电子科技集团公司第五十五研究所，南京 210016
2 国家平板显示工程技术研究中心，南京 210016
提出了一种基于FPGA的非VESA标准视频信号转换显示系统的实现方法。经过视频信号检测、时序编解码、图像缩放和显示控制的处理，实现了非VESA标准视频信号在液晶屏上的显示。经验证，320×256分辨率时序的非标准视频信号，经过乒乓读写操作、双一维线性插值缩放算法的设计，可转换为符合VESA标准的视频信号，在640×480物理分辨率的液晶屏上指定的600×480像素区域进行显示。该方法采用单片FPGA芯片的设计实现，无需外部储存器，设计方法稳定可靠，为其他非标准视频信号的转换显示和图像缩放算法的实现提供了设计依据。
非视频电子标准协会标准视频转换 视频图像缩放算法 现场可编程门阵列 non-VESA standard video signal conversion image zooming algorithm FPGA
1 上海大学新型显示技术及应用集成教育部重点实验室, 上海, 200072
2 上海大学微电子研究与开发中心, 上海, 200072
针对目前缩放插值算法中硬件实现比较复杂、资源消耗多、运算处理时间长、实时性较差等缺陷, 介绍了一种基于图像的双线性插值缩放算法的设计方法, 同时对算法中的浮点运算进行优化, 节省了电路的硬件开销。最终搭建了FPGA验证平台, 实现了图像的任意比缩放, 证明了设计的可行性, 达到了实验预期的目的。
图像缩放 双线性插值 现场可编程门阵列 image zooming bilinear interpolation algorithm FPGA
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学应用研究室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100039
在完善基于有限元分析的跨平台综合优化流程的基础上, 获得了反射镜最优结构参数,并通过21阶Zernike多项式面形拟合得到球差是导致反射镜形变过程中面形精度退化的主导像差模式.根据有限元优化得到的最优结构参数研制了第二块气动驱动渐变厚度变曲率反射镜样片(口径135 mm, 中心厚度8 mm, 初始曲率半径2 807 mm)并进行了曲率变化能力及面形精度保持试验研究.研制工艺的改进使本文所研制的变厚铝合金反射镜初始面形精度优于λ/80(632.8 nm), 当驱动气压达到约0.07 MPa时, 反射镜中心形变量接近37 μm并且去掉球差影响后的面形精度可以优于λ/40(632.8 nm).与前期所研制的第一块样片相比, 第二块样片的中心形变能力以及面形精度保持能力均显著提升.
光学变焦 无运动部件变焦 变曲率反射镜 气动驱动 变厚 薄板弹性理论 Optical zooming Zooming without macroscopic moving elements Variable curvature mirror Pressurization actuation Variable mirror thickness Elasticity theory of thin plate 光子学报
2017, 46(10): 1011002
