显微高光谱成像系统的设计

设计出一种基于棱镜 光栅 棱镜组合分光方式的显微高光谱成像实验系统.系统根据推帚式成像光谱仪的原理进行设计,采用棱镜 光栅 棱镜组合元件在后光学系统进行光谱分光,利用高精度载物台自动装置驱动样品进行推扫成像,选用PCI总线作为数据采集的微机接口.整个系统由显微镜、分光计、面阵CCD相机、载物台自动装置以及数据采集与控制模块等几部分组成.系统的光谱范围从400nm到800nm,120个波段,光谱分辨率优于5nm,空间分辨率大约1μm.该系统具有直视性、光谱分辨率高、结构紧凑、成本低等优点;不仅能够提供微小物体在可见光范围的单波段显微图像,而且能够获得图像中任一像素的光谱曲线,实现了光谱技术和显微成像技术的结合,成功的将成像光谱技术应用到显微领域,可广泛应用于临床医学、生物学、材料学、微电子学等学科领域.     

绝对光谱辐照度仪的波长定标

为了提高太阳绝对光谱辐照度仪的波长定标精度,提出了用线阵CCD作为位置传感器进行波长定标的方案,完成了0.4～1.0μm波长的定标.根据仪器的安装结构和Fèry棱镜的参数,描述了波长与CCD像元的对应关系,制定了定标与计算方法,并介绍了器件的选型及线阵CCD的时序驱动和输出信号的处理.在室内波长定标中,利用可调谐激光器作为光源,确定了CCD像元与中心波长的对应关系,并通过光谱扫描进行了验证.在室外开展了太阳观测实验,并与可见-短波红外光谱仪做了对比.实验结果表明,波长定位精度优于0.5 nm,测量的光谱曲线吸收峰与大气典型吸收谱线吻合,同时验证了波长定标方案的可行性与CCD电子学设计的合理性.     

空间外差光谱仪系统设计

围绕空间外差光谱仪系统参数设计进行了理论分析和实验研究。介绍了空间外差光谱仪系统的基本结构和原理,并针对其光学系统设计,详述了系统的主要指标:光谱分辨率极限、分辨能力、光谱范围与关键光学器件:光栅、探测器、成像系统等参数的匹配关系。给出了一个完整的系统参数设计实例,并根据光学系统参数对干涉图进行了理论仿真。以搭台的方式建立空间外差光谱仪原理试验装置,并进行了典型光谱实验验证,系统检测结果表明光谱分辨能力在591 nm达到了17 700,光谱范围为574~591 nm。实验结果与仿真结果比较还表明,系统的光谱范围、光谱分辨率等指标达到了设计要求,验证了设计方法的可行性。     

基于VC++的光谱成像中药检测系统的控制软件设计

为了实验的方便快捷、提高实验的效率、降低出错概率,设计了光谱成像中药检测系统的操作控制界面。光谱成像中药检测系统的两个主要组成器件为多光谱液晶滤光器和CCD摄像机。现采用VC++开发平台设计了多光谱液晶滤光器、CCD摄像机的控制界面,并实现二者的联动控制。该操作控制界面使用方便、友好,实现了整个系统的自动控制。     

《科学仪器光谱全谱仪的研制与开发》课题中的部分成果

1、台式光谱全谱仪本项目是国家科技部十五攻关项目《光谱仪器的研制与开发》课题中的《光谱全谱仪》子课题的研究内容之一。台式光谱全谱仪是一种采用线阵CCD接收器,快速电控扫描的台式光谱全谱仪-即快速紫外可见分光光度计。系统由光度计主机、光源、样品测量等组成,可独立完成光谱扫描、光度测量及峰值捡出等功能。可根据市场需求扩充其它附件及功能。仪器采用先进的平场凹面光栅作为分光器件,NMOS线性图象传感器作为接收器,可同时测量190 - 110 0nm的全波段光谱,最短测量时间0 .1S。通过RS2 32与微机通讯,由UVWin5 .0软件读取测量…     

光学器件光谱透过率反射率实时测量系统的研制

研制了一种用于光学器件光谱透过率反射率实时测量的自动化光谱检测系统,整个系统实现了对光学器件进行透过率、反射率的在线测量,同时还可对光源进行光功率、色度等的自动检测工作。围绕该检测系统的研究背景、硬件组成、软件实现和应用前景展开了全面讨论。该系统的单次测量周期小于0.3s,可测量的光谱范围为200nm～1100nm,测量精度可达0.5%,采样间隔实时可调。     

CCD摄像机相对光谱灵敏度的自动测试

设计了一种测试CCD摄像机的相对光谱灵敏度的双光路自动测试系统，为CCD摄像机作为图象传感器用于亮度和色度测量提供了必要的参数。     

便携式近红外矿物分析系统

介绍一种便携式近红外光谱矿物分析测试系统的设计和关键技术，并作出测试分析。仪器基于漫反射原理，能准确地进行野外现场岩矿的定性、定量预测。以光栅为分光器件，光谱测量范围为1200～2500nm，光谱重复性优于1nm，最低光谱分辨率为2nm，在光源功率为20W时平均信噪比大于1500。     

光栅-平面镜型可调式空间外差光谱仪

针对空间外差光谱技术测量光谱范围较窄(10nm左右),制约其应用范围的问题,提出了一种光栅-平面镜结构的可调式空间外差光谱仪系统。该系统将传统的双平面光栅式空间外差光谱仪中的一块光栅换成平面镜,让另一块光栅可旋转来组成可调式结构;通过旋转光栅切换测量波段,展宽其测量范围;对平面镜施加微小俯仰角以确保谱图还原的单值性;从而拓展了仪器的应用范围。搭建了原理样机并对其性能进行了实验验证。结果表明,设计的仪器的光谱范围达到了100nm左右,分辨率优于0.29nm。该仪器结构简单,光栅制作难度低,易于实现谱图还原。另外,通过增加光栅旋转切换次数和引入抑制杂光措施等手段,还可进一步展宽波段范围,提高系统光谱分辨率。     

CCD器件在便携式脉冲测色仪中的应用

本文介绍在一种新型快速测色仪中,运用CCD器件及技术,作为单色仪的谱线接收装置的原理及方法。     

增强光电图像传感器紫外探测薄膜的制备

传统的CCD、COMS等光电成像器件并不响应紫外光,在CCD、CMOS传感器光敏面镀上"紫外-可见"变频薄膜是增强其紫外响应的一种非常有效的方法.Zn2SiO4: Mn由于粒子直径小,稳定性好,荧光量子效率高等优点,在增强光电器件紫外响应领域有着很广泛的应用前景.实验用"旋涂法"在石英基底上生成Zn2SiO4: Mn紫外增强薄膜,并对其透射光谱、吸收光谱、激发光谱与发射光谱等光学性质进行测量分析.实验测得薄膜在300 nm以下透过率极低,在300 nm以上透过率很高且平稳;对300 nm以下的光具有很强的吸收,对300 nm以上的光吸收很弱且很平稳;激发峰在265 nm,发射峰在525 nm,即能将紫外光转化为可见光.实验结果表明Zn2SiO4: Mn薄膜是一种适用于增强CCD等图像传感器紫外响应的紫外增强薄膜.     

光谱成像仪CCD组件的热分析及验证

光谱成像仪是集多光学通道和多探测器于一身的复杂的空间光学遥感器,其成像器件CCD热设计的好坏直接关系成像的质量.本文根据CCD组件具有体积小、发热量高、升温速度快等特点,提出了CCD组件的热设计原则,解决了热设计中的关键问题,给出了相应的热设计方案.按照CCD器件的导热路径,通过简化的热阻分析模型,计算得出了CCD器件的沿程总热阻为1.291 ℃/W.应用IDEAS-TMG对此组件进行了仿真分析,分析显示其达到了热控设计的指标要求.最后对热设计方案进行了试验验证,结果表明,热设计中采用的热控方法有效控制了CCD组件工作过程中的温度过高及温升速率过快的缺点,其升温速率为0.6 ℃/min,两次试验中最高温度分别为33.6 ℃和26.2 ℃.     

基于FPGA的微型光谱仪CCD系统设计

论述了一种基于FPGA的高灵敏度的CCD光谱仪检测系统设计方案和实现方法。该设计方案采用平场凹面光栅为光学系统,以FPGA为主控芯片,由A/D芯片完成对CCD输出信号的模数转换。采用FPGA实现对CCD的时序和A/D转换时序的驱动,然后通过USB与上位机进行通信,实现实时光谱数据的采集、传输与显示。实验结果表明,该系统具有较好的光谱采集效果,采集精度为16 bit,光谱采集范围为300～800 nm,并且该系统数据量较大,具有良好的重复性及可拓展性,能够广泛在光谱测量中获得较高的应用价值。     

基于线阵CCD和USB控制器的光谱采集系统

为了降低光谱采集系统中硬件电路的设计的复杂性,设计了一种基于线阵CCD和USB控制器的光谱采集系统。该光谱采集系统主要包括超高灵敏度线阵CCD传感器、CCD专用的A/D转换器AD80066以及CY7C68013 USB控制器;USB控制器兼备对CCD和A/D转换器的驱动以及数据传输控制的功能。实验结果表明,该光谱采集系统具有较好的信噪比(SNR),在微型光谱仪上具有较好的应用前景。     

中阶梯光栅光谱仪波段范围校正装置

为了保证中阶梯光栅光谱仪能够具有足够的波段范围,设计了一套校正装置,对该校正装置的校正原理、波段校正范围、校正分辨率等问题进行了讨论和研究。首先,对中阶梯光栅光谱仪的光学元件进行了公差分析,并介绍了自动光谱校正的原理和流程。选定聚焦镜作为调整环节并根据CCD接收器像面的利用情况给出了调整分辨率要求,然后设计了校正装置,并对校正装置的分辨率进行了理论计算。最后,对校正装置的校正效果进行了实验验证。实验结果表明:校正装置在方位方向的校正分辨率可达0.006 25°、俯仰方向的分辨率可达0.006 25°、前后方向的分辨率可达0.005mm。校正装置可以将10像素的波段偏移调整回CCD正常接收范围内,从而保证光谱仪器的全谱段波段范围。     

多波长激发高分辨率微型拉曼光谱仪设计

针对不同激光波长激发测试样品所需拉曼光谱范围的差异性问题,同时为了保证拉曼光谱仪的小型化及高分辨率需求,提出一种以Czerny-Turner光路结构为基础的微型拉曼光谱仪,通过Zemax光学设计软件对光谱仪的准直镜、聚焦镜、柱面镜、光栅以及CCD的倾角及距离进行了优化。该仪器激光波长为633 nm,光谱范围为640～800 nm。进一步优化光栅旋转角度并配合聚焦镜,可使此光学系统同时适用于激光波长532 nm、光谱范围540～650 nm和激光波长785 nm、光谱范围790～1 000 nm两个波段。拉曼光谱仪分辨率为0.1 nm,该光谱仪在保证高分辨率的情况下解决了不同波段范围光学结构差异性大而导致光机设计很难整合在一起的问题。     

基于CCD相机的光纤传像器件光谱透过率测试仪设计

光谱透过率是分析光纤传像器件透光性能的一个关键参数,提出了一种用积分球与CCD相机的光谱透过率测试仪的原理、组成和图像处理软件。方法是通过计算不同波长下图像的灰度值,测量光谱透过率。对仪器所需的光源、滤光片的特性进行了分析。测试结果表明,对于不同厚度的光纤传像器件,光谱透过率的变化规律基本一致。检测证明这种仪器测试速度快、操作方便,测量结果准确可靠。     

基于准单色照明光源系统的能量监测系统设计

基于连续可调谐均匀单色照明光源系统的能量监测系统,主要是用于监测和采样待测探测器接收的相对光谱能量,实现能量监测和量子效率的测量。具体方法是在积分球侧壁放置监视探头,用于监测和采样待测探测器接收的相对光谱能量。为了保证能量监测系统的精度和准确性,需要对监测系统的3个监视探头进行相对光谱响应度定标,以提高系统精度。设计结果为表面能量监测系统其光谱监测范围为300nm～2200nm,其光源能量监测范围为100pW～100nw,实现了用于光源能量监测和量子效率的测量目的。     

用于动态目标跟踪的面阵CCD成像系统

采用面阵CCD ICX415AL作为传感器件,设计了一种新型的用于动态目标跟踪的面阵CCD成像系统.成像系统对两片面阵CCD进行光学拼接,使其完全共面,从而保证在目标分辨率不变的情况下使视场角增加一倍,满足了大视场搜索目标的要求.在介绍面阵CCD ICX415AL的结构和特点的基础上,完成了ICX415AL的时序电路和功率驱动电路的设计,并采用相关双采样(CDS)技术滤除了视频信号中的相关噪声,提高了系统的信噪比.为了获得好的成像质量,对所设计的系统进行了辐射定标.根据文中的定标实验数据,确定了最佳的动态范围和工作点.实验结果表明:在曝光时间为0.192～0.72 ms时,成像系统工作正常,在曝光时间为0.32 ms时,成像系统动态范围最大.整个系统采用现场可编程门阵列(FPGA)作为核心控制器件,完成自上而下的模块化设计,实现了硬件设计的软件化,提高了开发效率.     

一种激光挠测量系统的实现

本文介绍了一种用于大型土木工程结构的投影式光学挠度测量系统。系统由激光器、光接收器件及其外围信号采集处理电路组成。光接收部分采用特殊的光电接收器件取代传统的CCD或PSD,使测量范围得到扩大;外围电路部分采用现场可编程逻辑阵列FPGA器件作为核心。通过这种设计,系统的量程和可扩展性得到改善,实现了通道复用。实验室证明,系统的测量范围可以达到210mm,分辨率达到0.005mm,可完成结构的静态及动态挠度测量。