2014年 7卷 第2期
2014, 7(2): 181-195.
摘要
PDF 2794KB
摘要:
总结并展望了硅基混合表面等离子体纳米光波导及集成器件方面的理论和实验研究工作。首先介绍了几种硅基混合表面等离子体纳米光波导结构，其尺寸可小至100 nm以下，而传播长度达100 m量级；其次介绍了基于硅基混合表面等离子体纳米光波导的功分器、偏振分束器和谐振器等集成器件，其尺寸为亚微米量级；最后探讨了硅基混合表面等离子体纳米光波导与硅纳米线光波导的耦合及对其进行增益补偿。
总结并展望了硅基混合表面等离子体纳米光波导及集成器件方面的理论和实验研究工作。首先介绍了几种硅基混合表面等离子体纳米光波导结构，其尺寸可小至100 nm以下，而传播长度达100 m量级；其次介绍了基于硅基混合表面等离子体纳米光波导的功分器、偏振分束器和谐振器等集成器件，其尺寸为亚微米量级；最后探讨了硅基混合表面等离子体纳米光波导与硅纳米线光波导的耦合及对其进行增益补偿。
2014, 7(2): 196-207.
doi: 10.3788/CO.20140702.0196
摘要:
调Q技术是实现小型CO2激光器短脉冲输出的重要手段，近年来随着短脉冲CO2激光器在激光测距、测速、成像雷达、环境探测、空间通讯及激光与物质相互作用等领域应用需求的不断增长，激光调Q技术越来越受到国内外专家的关注而成为红外激光技术的研究热点之一。本文就目前用于CO2激光器中实现短脉冲输出的5种主要调Q技术（机械调Q技术、电光调Q技术、声光调Q技术、被动调Q技术、复合调Q技术）的国内外发展历程和现状进行了综合评述，总结分析了各种方法的关键技术和存在的问题，并简要分析了该技术的未来发展趋势。
调Q技术是实现小型CO2激光器短脉冲输出的重要手段，近年来随着短脉冲CO2激光器在激光测距、测速、成像雷达、环境探测、空间通讯及激光与物质相互作用等领域应用需求的不断增长，激光调Q技术越来越受到国内外专家的关注而成为红外激光技术的研究热点之一。本文就目前用于CO2激光器中实现短脉冲输出的5种主要调Q技术（机械调Q技术、电光调Q技术、声光调Q技术、被动调Q技术、复合调Q技术）的国内外发展历程和现状进行了综合评述，总结分析了各种方法的关键技术和存在的问题，并简要分析了该技术的未来发展趋势。
2014, 7(2): 208-214.
doi: 10.3788/CO.20140702.0208
摘要:
介绍了近些年来国际上几个主要的火星探测遥感相机，包括美国的火星观测相机（Mars Observer Camera，MOC）、高分辨率科学成相试验相机（High Resolution Science Imaging Experiment，HiRISE），以及欧空局的High Resolution Stereo Camera（HRSC）的发展概况、主要技术指标和技术特点，指出遥感器应具备近红外成像和三维立体成像功能，开展亚米级分辨率精细观测是今后火星遥感探测的主要发展趋势。本文还探讨了不同目标观测对成像分辨率的要求。通过对发展现状的调研和科学需求的分析，为我国今后开展火星可见光遥感观测提供了指标选择和设计的依据。
介绍了近些年来国际上几个主要的火星探测遥感相机，包括美国的火星观测相机（Mars Observer Camera，MOC）、高分辨率科学成相试验相机（High Resolution Science Imaging Experiment，HiRISE），以及欧空局的High Resolution Stereo Camera（HRSC）的发展概况、主要技术指标和技术特点，指出遥感器应具备近红外成像和三维立体成像功能，开展亚米级分辨率精细观测是今后火星遥感探测的主要发展趋势。本文还探讨了不同目标观测对成像分辨率的要求。通过对发展现状的调研和科学需求的分析，为我国今后开展火星可见光遥感观测提供了指标选择和设计的依据。
2014, 7(2): 215-224.
doi: 10.3788/CO.20140702.0215
摘要:
通过实例研究和近期报道的文献，论述了热驱动微光学的研究进展。驱动器主要通过应用在液体和液气界面的压力来调控光学微流体，包括微镜片和薄膜微透镜，热驱动器利用芯片上的温度变化产生所需要的压力差，从而对微透镜进行调控。同时还讨论了用于微光学结构的各种设备、结构、液体和膜材料，并提供了典型操作特性。
通过实例研究和近期报道的文献，论述了热驱动微光学的研究进展。驱动器主要通过应用在液体和液气界面的压力来调控光学微流体，包括微镜片和薄膜微透镜，热驱动器利用芯片上的温度变化产生所需要的压力差，从而对微透镜进行调控。同时还讨论了用于微光学结构的各种设备、结构、液体和膜材料，并提供了典型操作特性。
2014, 7(2): 225-233.
doi: 10.3788/CO.20140702.0225
摘要:
针对微光图像对比度低，目标难以识别的问题，对微光图像增强算法进行了研究。提出了一种多子直方图均衡增强算法，该算法首先将直方图按面积平均分割成4个子直方图，利用平均像素数量作为阈值切割直方图降低过度增强现象，然后加入尺度因子对动态范围进行调整，最后分别对子直方图均衡得到增强效果。此算法用Verilog语言在现场可编程门阵列（FPGA）上具体实现，并给出了主观和客观的评价，改进算法能产生更清晰的图像，在硬件平台上也能实时显示增强效果，一帧图像处理时延约为0.45 ms。实验结果表明，改进算法不会产生饱和、噪声放大的现象，图像细节保持较好，满足视频图像处理实时性要求，得到了具有较好视觉效果的增强图像。
针对微光图像对比度低，目标难以识别的问题，对微光图像增强算法进行了研究。提出了一种多子直方图均衡增强算法，该算法首先将直方图按面积平均分割成4个子直方图，利用平均像素数量作为阈值切割直方图降低过度增强现象，然后加入尺度因子对动态范围进行调整，最后分别对子直方图均衡得到增强效果。此算法用Verilog语言在现场可编程门阵列（FPGA）上具体实现，并给出了主观和客观的评价，改进算法能产生更清晰的图像，在硬件平台上也能实时显示增强效果，一帧图像处理时延约为0.45 ms。实验结果表明，改进算法不会产生饱和、噪声放大的现象，图像细节保持较好，满足视频图像处理实时性要求，得到了具有较好视觉效果的增强图像。
2014, 7(2): 234-239.
doi: 10.3788/CO.20140702.0234
摘要:
本文基于声光频移器，采用光电反馈方式实现了激光强度的稳定控制。根据声光频移器的布拉格衍射对激光强度的调节作用，以光电反馈得到的反馈电信号控制驱动声光频移器的射频功率大小，进而对声光频移器的输出激光强度进行稳定，激光在47 kHz以下的低频噪声实现最大抑制比为15 dB。实验结果基本满足了所要求的激光稳定度。此外还分析了整个回路的响应特性，测试了除反馈电路之外其他部分的相移特性。
本文基于声光频移器，采用光电反馈方式实现了激光强度的稳定控制。根据声光频移器的布拉格衍射对激光强度的调节作用，以光电反馈得到的反馈电信号控制驱动声光频移器的射频功率大小，进而对声光频移器的输出激光强度进行稳定，激光在47 kHz以下的低频噪声实现最大抑制比为15 dB。实验结果基本满足了所要求的激光稳定度。此外还分析了整个回路的响应特性，测试了除反馈电路之外其他部分的相移特性。
2014, 7(2): 240-244.
doi: 10.3788/CO.20140702.0240
摘要:
为了满足自动对焦系统的实时性与抗噪性要求，提出了一种基于SUSAN算子的清晰度评价函数。该函数利用SUSAN边缘提取算子的算法简单、准确度高、抗噪性强的特点，对SUSAN算子边缘检测函数进行改进，将边缘点的USAN值的平方和作为清晰度评价值，并将其运用到自动对焦算法中。将该函数与几个经典的清晰度评价函数进行性能比较，实验结果表明：对于引入噪声前后的图像序列，基于SUSAN算子的清晰度评价函数均具有良好的单峰性、无偏性和较高的灵敏度；对于256256的对焦窗口图片，该函数在TMS320C6416硬件平台上的运行时间仅为16 ms。该函数能够满足清晰度评价函数的单峰性、无偏性、高灵敏度等基本特性，同时具有良好的实时性与抗噪性。
为了满足自动对焦系统的实时性与抗噪性要求，提出了一种基于SUSAN算子的清晰度评价函数。该函数利用SUSAN边缘提取算子的算法简单、准确度高、抗噪性强的特点，对SUSAN算子边缘检测函数进行改进，将边缘点的USAN值的平方和作为清晰度评价值，并将其运用到自动对焦算法中。将该函数与几个经典的清晰度评价函数进行性能比较，实验结果表明：对于引入噪声前后的图像序列，基于SUSAN算子的清晰度评价函数均具有良好的单峰性、无偏性和较高的灵敏度；对于256256的对焦窗口图片，该函数在TMS320C6416硬件平台上的运行时间仅为16 ms。该函数能够满足清晰度评价函数的单峰性、无偏性、高灵敏度等基本特性，同时具有良好的实时性与抗噪性。
2014, 7(2): 245-252.
doi: 10.3788/CO.20140702.0245
摘要:
介绍了一种小型无线激光通信系统的硬件结构以及针对该硬件的物理层收发协议。具体阐述了该协议中采用的快速同步技术，该技术能够降低通信终端间同步过程中的带宽浪费。在硬件结构中，主要介绍了激光驱动系统、信号放大和整形系统以及信号接口。硬件相关的物理层协议主要用于外部信号接口、数据流的串行化和解串行化、传输错误在线检测以及传输调度。系统主要针对地基无线光通信设计，使用多相位采样技术在本地生成接收端的采样时钟，与基于PLL的时钟复原方法相比具有更快的同步速度，有效提高了无线光通信系统的带宽利用率，降低了通信误码率。
介绍了一种小型无线激光通信系统的硬件结构以及针对该硬件的物理层收发协议。具体阐述了该协议中采用的快速同步技术，该技术能够降低通信终端间同步过程中的带宽浪费。在硬件结构中，主要介绍了激光驱动系统、信号放大和整形系统以及信号接口。硬件相关的物理层协议主要用于外部信号接口、数据流的串行化和解串行化、传输错误在线检测以及传输调度。系统主要针对地基无线光通信设计，使用多相位采样技术在本地生成接收端的采样时钟，与基于PLL的时钟复原方法相比具有更快的同步速度，有效提高了无线光通信系统的带宽利用率，降低了通信误码率。
2014, 7(2): 253-259.
doi: 10.3788/CO.20140702.0253
摘要:
为分析脉冲激光中常用峰值功率公式的误差，对高斯脉冲、双曲正割脉冲、洛仑兹脉冲、非对称双曲正割脉冲的常用峰值功率公式的误差进行了解析计算。结果表明：高斯脉冲、双曲正割脉冲、洛仑兹脉冲、非对称双曲正割脉冲中，常规峰值功率公式的结果与实际峰值功率的误差分别为6.3%，13.6%，22.1%，20.9%。在具体实验基础上采用数值方法分析了非常规脉冲的情形，给出了精确计算峰值功率的方法。
为分析脉冲激光中常用峰值功率公式的误差，对高斯脉冲、双曲正割脉冲、洛仑兹脉冲、非对称双曲正割脉冲的常用峰值功率公式的误差进行了解析计算。结果表明：高斯脉冲、双曲正割脉冲、洛仑兹脉冲、非对称双曲正割脉冲中，常规峰值功率公式的结果与实际峰值功率的误差分别为6.3%，13.6%，22.1%，20.9%。在具体实验基础上采用数值方法分析了非常规脉冲的情形，给出了精确计算峰值功率的方法。
2014, 7(2): 260-266.
doi: 10.3788/CO.20140702.0260
摘要:
为了满足高光束质量要求，校正激光束在传输过程中产生的波前畸变，改善激光位相分布，进而提高聚焦光斑的能量集中度，基于79单元微机械薄膜变形镜（MMDM）搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降（SPGD）算法，分别选择聚焦光斑半径、形心为中心的环围能量比和质心为中心的环围能量比作为算法性能指标，开展了激光束整形实验研究。3种情况下，分别经过58次、197次、133次迭代趋于收敛，但光斑半径作为性能指标时振荡严重；环围能量比从整形前的0.200 5、0.127 7、0.200 5分别增加到整形后的0.669 9、0.733 9、0.864 0。实验结果表明：MMDM用于激光束整形具有良好的效果，光斑半径作为性能指标整形速度最快，其次为质心环围能量比，形心环围能量比最慢；质心环围能量比作为性能指标整形效果最好，其次为形心环围能量比，光斑半径最差。综合比较，质心环围能量比作为性能指标时综合效果最好。
为了满足高光束质量要求，校正激光束在传输过程中产生的波前畸变，改善激光位相分布，进而提高聚焦光斑的能量集中度，基于79单元微机械薄膜变形镜（MMDM）搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降（SPGD）算法，分别选择聚焦光斑半径、形心为中心的环围能量比和质心为中心的环围能量比作为算法性能指标，开展了激光束整形实验研究。3种情况下，分别经过58次、197次、133次迭代趋于收敛，但光斑半径作为性能指标时振荡严重；环围能量比从整形前的0.200 5、0.127 7、0.200 5分别增加到整形后的0.669 9、0.733 9、0.864 0。实验结果表明：MMDM用于激光束整形具有良好的效果，光斑半径作为性能指标整形速度最快，其次为质心环围能量比，形心环围能量比最慢；质心环围能量比作为性能指标整形效果最好，其次为形心环围能量比，光斑半径最差。综合比较，质心环围能量比作为性能指标时综合效果最好。
2014, 7(2): 267-273.
doi: 10.3788/CO.20140702.0267
摘要:
等离子体增感太阳能电池中，层层自组装金纳米粒子的表面等离子体共振能产生光电电流，金纳米粒子层的光电转换效率随表面等离子体共振强度的提升而增加。等离子体增感太阳能电池初步试验光电转换效能为0.75%。利用模型仿真电荷分离的现象、光电电流的产生，以及表面等离子体共振和光电电流产生之间的关系来解释实验结果。在未来，通过优化等离子体增感太阳能电池组件，可以进一步提升其转换效率。这在表面等离子体激活太阳能电池及等离子体太阳能电池领域将有很大应用潜力。
等离子体增感太阳能电池中，层层自组装金纳米粒子的表面等离子体共振能产生光电电流，金纳米粒子层的光电转换效率随表面等离子体共振强度的提升而增加。等离子体增感太阳能电池初步试验光电转换效能为0.75%。利用模型仿真电荷分离的现象、光电电流的产生，以及表面等离子体共振和光电电流产生之间的关系来解释实验结果。在未来，通过优化等离子体增感太阳能电池组件，可以进一步提升其转换效率。这在表面等离子体激活太阳能电池及等离子体太阳能电池领域将有很大应用潜力。
2014, 7(2): 274-280.
doi: 10.3788/CO.20140702.0274
摘要:
针对一种新型的硅基发光材料铒镱/钇硅酸盐化合物开展了一系列基础研究。研究了铒硅酸盐，铒镱硅酸盐、铒钇硅酸盐高铒化合物材料的结构、光学和电学特性，通过优化铒镱/钇硅酸盐化合物材料的成分和结构，获得2个数量级的光致发光增强；制备出基于铒镱/钇硅酸盐薄膜材料的光波导放大器，观察到5 dB/cm以上的光放大；研制出金属-绝缘体-半导体结构电致发光器件，获得了铒镱/钇硅酸盐化合物的电致发光，并在理论上证明这种材料可以获得电泵浦激光的可能性。
针对一种新型的硅基发光材料铒镱/钇硅酸盐化合物开展了一系列基础研究。研究了铒硅酸盐，铒镱硅酸盐、铒钇硅酸盐高铒化合物材料的结构、光学和电学特性，通过优化铒镱/钇硅酸盐化合物材料的成分和结构，获得2个数量级的光致发光增强；制备出基于铒镱/钇硅酸盐薄膜材料的光波导放大器，观察到5 dB/cm以上的光放大；研制出金属-绝缘体-半导体结构电致发光器件，获得了铒镱/钇硅酸盐化合物的电致发光，并在理论上证明这种材料可以获得电泵浦激光的可能性。
2014, 7(2): 281-286.
doi: 10.3788/CO.20140702.0281
摘要:
利用化学气相沉积法（CVD），气-液-固（VLS）生长法则在表面溅有金属Au催化剂层的1 cm1 cm的Si片上制备三元Zn2GeO4纳米线。X射线衍射仪（XRD）测试结果表明，锌源与锗源质量比为8：1时可成功制备出Zn2GeO4纳米结构；扫描电子显微镜（SEM）测试结果表明，Zn2GeO4纳米线直径为100 nm，长度为10~11 m；光致发光（PL）测试结果表明，Zn2GeO4纳米线在432和480 nm处具有两个发光峰，最后对其生长机理进行了分析。
利用化学气相沉积法（CVD），气-液-固（VLS）生长法则在表面溅有金属Au催化剂层的1 cm1 cm的Si片上制备三元Zn2GeO4纳米线。X射线衍射仪（XRD）测试结果表明，锌源与锗源质量比为8：1时可成功制备出Zn2GeO4纳米结构；扫描电子显微镜（SEM）测试结果表明，Zn2GeO4纳米线直径为100 nm，长度为10~11 m；光致发光（PL）测试结果表明，Zn2GeO4纳米线在432和480 nm处具有两个发光峰，最后对其生长机理进行了分析。
2014, 7(2): 287-292.
doi: 10.3788/CO.20140702.0287
摘要:
为了满足凸非球面反射镜加工中的全频段质量控制及光学参数的高精度检验，提出了应用双摆轴极坐标快速非球面加工技术及测杆法控制Hindle法检测光学参数。首先，描述了双摆轴极坐标快速非球面加工技术及设备；然后，介绍了应用测杆法控制Hindle检测法中标准球面镜顶点分别与被检非球面镜顶点及其焦点的光学间隔，并对其控制精度进行了分析；最后，针对158mm的凸非球面，给出了双摆轴加工的检验结果，并对检测精度进行了分析。实验结果表明：应用双摆轴加工工艺在使低频误差快速收敛的同时，可以有效抑制中频误差，其低频误差的控制精度可以稳定地达到/30（=633 nm）；应用测杆装调Hindle检测光路的控制极限误差为0.065 mm，两个光学间隔参数的公差分别为0.22 mm和0.30 mm。应用双摆轴加工技术实现了凸非球面的快速加工与全频段质量控制，采用Hindle检测凸非球面得到面形精度为0.022（RMS，@633 nm），满足光学设计技术指标要求。
为了满足凸非球面反射镜加工中的全频段质量控制及光学参数的高精度检验，提出了应用双摆轴极坐标快速非球面加工技术及测杆法控制Hindle法检测光学参数。首先，描述了双摆轴极坐标快速非球面加工技术及设备；然后，介绍了应用测杆法控制Hindle检测法中标准球面镜顶点分别与被检非球面镜顶点及其焦点的光学间隔，并对其控制精度进行了分析；最后，针对158mm的凸非球面，给出了双摆轴加工的检验结果，并对检测精度进行了分析。实验结果表明：应用双摆轴加工工艺在使低频误差快速收敛的同时，可以有效抑制中频误差，其低频误差的控制精度可以稳定地达到/30（=633 nm）；应用测杆装调Hindle检测光路的控制极限误差为0.065 mm，两个光学间隔参数的公差分别为0.22 mm和0.30 mm。应用双摆轴加工技术实现了凸非球面的快速加工与全频段质量控制，采用Hindle检测凸非球面得到面形精度为0.022（RMS，@633 nm），满足光学设计技术指标要求。
2014, 7(2): 293-300.
doi: 10.3788/CO.20140702.0293
摘要:
本文基于卡塞格林系统设计了红外制冷型长焦分档变倍光学系统，计算、推导了光学初始参数及组元的光焦度分配。采用了二次成像结构形式，主物镜组采用R-C光学结构用于缩短筒长，使用投影镜组解决冷屏匹配问题，利用调焦镜实现调焦，通过切换投影镜组后组实现变倍，然后对光学系统像差进行了优化设计，分别给出了长焦系统和短焦系统不同视场的成像质量优化结果，0.8视场内光学传递函数在空间频率17 lp/mm时均大于0.4。最后对主要结构进行了相应的精度分析，结果表明该设计能够很好地满足工程实际需要。
本文基于卡塞格林系统设计了红外制冷型长焦分档变倍光学系统，计算、推导了光学初始参数及组元的光焦度分配。采用了二次成像结构形式，主物镜组采用R-C光学结构用于缩短筒长，使用投影镜组解决冷屏匹配问题，利用调焦镜实现调焦，通过切换投影镜组后组实现变倍，然后对光学系统像差进行了优化设计，分别给出了长焦系统和短焦系统不同视场的成像质量优化结果，0.8视场内光学传递函数在空间频率17 lp/mm时均大于0.4。最后对主要结构进行了相应的精度分析，结果表明该设计能够很好地满足工程实际需要。
2014, 7(2): 301-306.
doi: 10.3788/CO.20140702.0301
摘要:
采用DEFORM有限元分析软件模拟中阶梯光栅刻划刀具在光栅刻划过程中的应力分布，并结合金刚石晶体解理特征设计了抗磨损刀具刃口取向。当光栅刻划刀具刃尖点受最大摩擦力方向平行于金刚石晶体周期键连（PBC）方向，且刀具Z向载荷垂直于（111）晶面时，定向面与（111）晶面夹角为27，非定向面与（111）晶面夹角为63；光栅刻划刀具在72 g负载条件下，刻程超过17 km时，刀具刃口无崩口等缺陷。采用该方法设计的光栅刻划刀具使用寿命大大超出了传统刀具的使用寿命（刻程约0.8 km），证明了中阶梯光栅刻划刀具抗磨损设计方法的合理性和有效性。
采用DEFORM有限元分析软件模拟中阶梯光栅刻划刀具在光栅刻划过程中的应力分布，并结合金刚石晶体解理特征设计了抗磨损刀具刃口取向。当光栅刻划刀具刃尖点受最大摩擦力方向平行于金刚石晶体周期键连（PBC）方向，且刀具Z向载荷垂直于（111）晶面时，定向面与（111）晶面夹角为27，非定向面与（111）晶面夹角为63；光栅刻划刀具在72 g负载条件下，刻程超过17 km时，刀具刃口无崩口等缺陷。采用该方法设计的光栅刻划刀具使用寿命大大超出了传统刀具的使用寿命（刻程约0.8 km），证明了中阶梯光栅刻划刀具抗磨损设计方法的合理性和有效性。
2014, 7(2): 307-314.
doi: 10.3788/CO.20140702.0307
摘要:
根据双目视觉定位原理，通过分析系统各部件的工作原理和医疗机器人手术导航的实际需求，结合市场供货情况，提出了一种适用于医疗机器人手术导航定位的双目视觉硬件系统设计方法。采用该方法设计的双目视觉定位系统进行了手术导航模拟实验，结果表明：该系统可以辅助医疗机器人完成手术规划，定位精度可以达到2 mm，能够满足临床应用要求。
根据双目视觉定位原理，通过分析系统各部件的工作原理和医疗机器人手术导航的实际需求，结合市场供货情况，提出了一种适用于医疗机器人手术导航定位的双目视觉硬件系统设计方法。采用该方法设计的双目视觉定位系统进行了手术导航模拟实验，结果表明：该系统可以辅助医疗机器人完成手术规划，定位精度可以达到2 mm，能够满足临床应用要求。
2014, 7(2): 315-319.
doi: 10.3788/CO.20140702.0315
摘要:
为了完成飞行器导引头目标识别与探测任务，以短焦距、大视场进行搜索并确认目标，以长焦距、小视场进行高精度目标识别。通过选择正组补偿的机械补偿法，采用3种普通光学材料，在长焦距位置，将前固定组、变倍组的组合设计为远摄型，使得系统结构紧凑，满足导引头小型化的要求。利用CODE V光学设计软件，优化设计了焦距为30~150 mm，视场角为12.9010.25~2.592.07，筒长仅为174 mm的变焦距光学系统，得到成像质量优良的设计结果。各焦距、全视场平均传递函数值在50 lp/mm时为0.695，测试结果为0.562，满足系统的性能要求。
为了完成飞行器导引头目标识别与探测任务，以短焦距、大视场进行搜索并确认目标，以长焦距、小视场进行高精度目标识别。通过选择正组补偿的机械补偿法，采用3种普通光学材料，在长焦距位置，将前固定组、变倍组的组合设计为远摄型，使得系统结构紧凑，满足导引头小型化的要求。利用CODE V光学设计软件，优化设计了焦距为30~150 mm，视场角为12.9010.25~2.592.07，筒长仅为174 mm的变焦距光学系统，得到成像质量优良的设计结果。各焦距、全视场平均传递函数值在50 lp/mm时为0.695，测试结果为0.562，满足系统的性能要求。
2014, 7(2): 320-325.
doi: 10.3788/CO.20140702.0320
摘要:
由三块反射镜组成的光学系统在轨道空间微重力的影响下，其反射镜面间隔、曲率半径往往发生改变，对系统的后截距产生较大的影响，最终导致相机离焦，成像质量下降。通过分析三反系统的等效高斯光学系统，得到其后截距公式；通过齐次坐标变换，得到反射镜面刚体位移公式；通过采用最小二乘算法拟合计算得到微重力环境下的镜面半径，计算出相机在空间环境下的离焦量为0.04 mm，为调焦机构的设计提供了理论依据。
由三块反射镜组成的光学系统在轨道空间微重力的影响下，其反射镜面间隔、曲率半径往往发生改变，对系统的后截距产生较大的影响，最终导致相机离焦，成像质量下降。通过分析三反系统的等效高斯光学系统，得到其后截距公式；通过齐次坐标变换，得到反射镜面刚体位移公式；通过采用最小二乘算法拟合计算得到微重力环境下的镜面半径，计算出相机在空间环境下的离焦量为0.04 mm，为调焦机构的设计提供了理论依据。
2014, 7(2): 326-331.
doi: 10.3788/CO.20140702.0326
摘要:
为了实现光刻胶表面形貌的广域、高精度测量，对新一代测量理论及测量方法进行了研究。首先分析了被测物件的特性，根据其柔软、透明的特征提出应用光干涉法和机械探针相结合的方法进行测量，同时阐明了使用此方法进行表面形貌测量的优点，并据此原理搭建了光学多探针表面形貌测量装置，光学测量部分采用白光干涉计，探针部分采用拥有8只球型探头的多点悬臂测量探针。然后应用此装置对标准刻槽试件和半透明光造型薄膜试件进行了测量。测量52 nm的标准刻槽试件时得到了测量误差小于2%，标准偏差小于1 nm的结果，表明本装置可以达到高精度测量表面形貌的目的。通过测量高约400 nm的树脂材料证实了此装置可以克服多重反射的影响测量透明薄膜的表面形貌。
为了实现光刻胶表面形貌的广域、高精度测量，对新一代测量理论及测量方法进行了研究。首先分析了被测物件的特性，根据其柔软、透明的特征提出应用光干涉法和机械探针相结合的方法进行测量，同时阐明了使用此方法进行表面形貌测量的优点，并据此原理搭建了光学多探针表面形貌测量装置，光学测量部分采用白光干涉计，探针部分采用拥有8只球型探头的多点悬臂测量探针。然后应用此装置对标准刻槽试件和半透明光造型薄膜试件进行了测量。测量52 nm的标准刻槽试件时得到了测量误差小于2%，标准偏差小于1 nm的结果，表明本装置可以达到高精度测量表面形貌的目的。通过测量高约400 nm的树脂材料证实了此装置可以克服多重反射的影响测量透明薄膜的表面形貌。
2014, 7(2): 332-338.
doi: 10.3788/CO.20140702.0332
摘要:
针对光电跟踪系统中实时提取运动目标脱靶量的应用需求，设计了一种基于灰度直方图的Mean-shift 图像跟踪算法，对算法中目标模型与候选模型的建立进行了改进，抑制了背景像素对目标跟踪产生的影响。算法在系统上位机Visual C+ + 6.0平台上实现，当光电跟踪系统捕获到运动目标后，利用Mean-shift图像跟踪算法跟踪运动目标，并实时将运动目标脱靶量作为伺服控制系统的输入信号，驱动跟踪器跟踪目标。实验结果表明：设计的算法可以实时、准确、有效地跟踪运动目标，使稳定后的脱靶量换算得到的角偏差量控制在30之内。
针对光电跟踪系统中实时提取运动目标脱靶量的应用需求，设计了一种基于灰度直方图的Mean-shift 图像跟踪算法，对算法中目标模型与候选模型的建立进行了改进，抑制了背景像素对目标跟踪产生的影响。算法在系统上位机Visual C+ + 6.0平台上实现，当光电跟踪系统捕获到运动目标后，利用Mean-shift图像跟踪算法跟踪运动目标，并实时将运动目标脱靶量作为伺服控制系统的输入信号，驱动跟踪器跟踪目标。实验结果表明：设计的算法可以实时、准确、有效地跟踪运动目标，使稳定后的脱靶量换算得到的角偏差量控制在30之内。
