追寻母亲的足迹
——庆祝祖国母亲60华诞
张兰二中鑫光小学廉荣
一、活动主题的产生
1949年10月1日，伟大领袖毛泽东主席在北京天安门城楼上向全世界庄严宣告“中华人民共和国成立了！”中国人民从此站了起来。
斗转星移，时钟已经转了525600转，来到了2009年10月1日，祖国母亲将迎来她的60华诞，举国上下，一片欢腾，共同为母亲举杯庆祝！
60年风风雨雨，伟大的中华人民共和国由一穷二白变得繁荣富强，工业、农业、航天、民生等方面都发生了翻天覆地的变化。让我们追寻母亲的足迹，看祖国的发展变迁！
二、活动目标的确定
综合实践活动的课程目标与其它课程目标相比较更强调过程与方法、情感态度与价值观等纬度目标，引导学生在活动过程中实现课程的发展价值。
因此，我引导学生确定了以下活动目标：
（一）认知目标
1、了解祖国60年的发展历程。
2、畅想祖国美好的明天。
（二）能力目标
1、经历探究过程，亲身体验祖国60年的巨变。
2、通过调查、走访，培养学生收集信息、处理信息的能力，增强
学生发现问题、解决问题的能力。
3、通过小组合作探究培养学生团结合作共同探究的能力。（三）情感目标
增强学生的爱国热情、民族自豪感和社会责任感。
三、活动计划的制定
本次活动计划在3——6年级同时进行，引导学生根据实际情况将全班同学分成不同的小组，分别调查祖国各个行业的发展变化，然后汇报展示调查活动成果共同畅想祖国美好的明天。
由于年龄特征的不同，学生的认知能力也有所不同，因此各个年级的调查范围和目标应因人而异。3、4年级的学生容易从身边人们的生活发现祖国的发展变化，所以可从衣、食、住、行四个方面展开调查；5、6年级的学生知识范围和见识有了一定的增长，因此范围可以广一些，可以拓展到农业、教育、航天等方面，选取他们感兴趣的话题。
3、4年级活动计划：
5、6年级活动计划：
四、活动的实施过程
1、以小组为单位了解祖国60年来各个方面的发展变迁，并小组合作写出调查报告。
活动中，小组长充分发挥了带头作用，督促组员根据自己的活动目标利用课余、周六日通过各种途径获取有效的资料，查阅的资料以书面形式保存，还可做成图文并茂的手抄报。
活动中同学们还可以进行采访调查，同学们走进社会，实践中，学生的口语交际能力、合作能力得到了培养。
2、中期小结评价。
活动中，要及时对学生开展评价，通过评价，学生看到自己的成绩和不足，有利于他们有效地开展下一步活动。
采访调查的同时从“活动兴趣”“礼貌观念”等方面给予学生评价。
3、展示调查成果。
每个小组选代表展示这一阶段的调查成果，要鼓励学生大胆发言，用不同的形式展示祖国的发展变迁，要培养其他学生的倾听习惯。
4、畅想祖国美好明天。
在整理完善调查报告的基础上，引导学生大胆设计了祖国美好的明天，可用画笔描绘，可用诗歌朗诵，也可写想象的文章。
五、活动总结评价及活动反思
（活动正在进行中，未完待续……）
文章编号 10042924X (2003)0120055204 宽覆盖、离轴空间相机光学系统的设计 常 军1,翁志成1,姜会林2,丛小杰1 (1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林长春130022; 2.长春理工大学,吉林长春130022) 摘要:当前空间相机的光学系统的要求是:在多光谱范围内,系统要有高分辨率、大视场、小体积、质量轻且像面为平像场,TMA (Three mirror anastigmat )可以满足上述要求。为此给出了这方面的设计,所研究的TMA 系统三个反射面都是二次曲面,将主镜和第三镜离轴放置,避免中心遮拦的影响,系统的视场可达到5°×0.2°,焦距为6m ,像质接近衍射极限。关 键 词:高分辨率;空间相机中图分类号:TH703 文献标识码:A 1 引 言 目前,在空间对地观测遥感领域中,无论是军事还是民用领域都在努力发展高分辨力的空间相机,并要求相机在多光谱条件下,具有大视场、高分辨率、体积小、无色差、平像场。当工作轨道高度和探测器尺寸一定时,增大焦距,可以提高对地面像元的分辨率。但是,焦距增大时,系统尺寸也将随着增大,体积大对航空和航天产品非常不利。对于长焦距光学系统,折射系统和折反系统存在二级光谱,不易校正[1];反射系统不产生色差,无二级光谱,使用波段范围宽,而且孔径可以做得较大,宜于轻量化,在抗热性能方面有较强的优势,而且通过使用非球面来校正像差,可以使结构简单,像质优良。目前已有学者在这方面做了不少工作[2-6] 。最常用的卡氏系统也同样具有上述优点,但其视场小,且存在残余场曲;同轴的三镜消像散反射系统(TMA )由于中心遮拦的影响,减少了进入系统的能量,降低了系统的传函值。离轴TMA 避免了中心遮拦,传函值可做到较高。本文探讨一种离轴TMA ,系统焦距为6m ,视场可达到5°×0.2°,对地面有较大的覆盖范围,且筒长较短,成像质量接近衍射极限。 2 光学系统分析 在无像差光学系统中或者系统的像差足够小 时,光学系统口径的衍射决定了系统的最高分辨率。衍射对系统分辨率的影响由艾利斑直径d 来表征: d = 2.44λf D ,(1) 其中:λ为波长,f 为光学系统焦距,D 为光学系统口径。 光学系统的成像质量最好能做到衍射极限,即像斑直径最小为衍射极限。系统焦距f 与探测器单元尺寸δ有如下的关系: f s H =δ,(2) 式中:H 为卫星轨道高度,s 为地面线分辨率。地面覆盖宽度: Q =2?H ?tan ω, (3)式中:Q 为地面覆盖宽度,ω为系统的半视场角。由上式可知,在波长、卫星高度和探测器尺寸δ确定后,空间分辨率与光学系统相对孔径有关,当光学系统口径一定时,在相同的轨道高度条件下,增大焦距可以提高地面分辨率,增大系统的视 收稿日期:2002205204;修订日期:2002210230. 基金项目:国家自然科学基金项目(No.69978020) 第11卷 第1期 2003年2月 光学 精密工程Optics and Precision Engineering Vol.11 No.1Feb. 2003
非序列光线追迹 非序列光线追迹是 Zemax 中的核心技术。它是用于在具有多个光学路径的系统中对光线进行追迹的一种强大通用技术。典型用例包括： 1.照明系统，尤其是具有多个或复杂光源的照明系统 2.干涉仪这类系统，其中穿过几个不同光学系统的光线必须以相干方式重组 3.其他序列光学系统中的杂散光分析 非序列范式是任何光线都没有预定义路径。光线射出并投射到光路中的任意物体上，随后可能反射、折射、衍射、散射、分裂为子光线等。与序列光线追迹相比，这是一项更为通用的技术，因此在光线追迹速度方面要慢一些。 在非序列元件编辑器中提供了物体列表。此列表中的物体顺序没有意义（对此有几个例外情况：有关详细信息，请参见几何形状创建一节）。 光线从光源物体开始传播，直至投射到某个物体上，在该点可能会部分反射、透射、散射或衍射：
的 N-BK7 棱镜面反射，大约 50% 的能在此例中，大约 1% 的能量被涂有 MgF 2 量被两个棱镜相接触的直角斜边面上的膜层反射/透射。系统会发起新光线（称为“子”光线）以带走这部分能量，从而生成能量在系统中的去向的完整视图。 物体 Zemax 中的非序列光线追迹以三维物体为基础。（注意：要求所有程序均支持非序列光线追迹是不现实的。）在 Zemax 中，非序列物体完全由定义该物体所需的所有表面组成。例如，标准透镜物体由正面和背面、连接两面的柱体和边缘上的斜面组成。 多数 Zemax 物体均实现了参数化，这表示这些表面通过下列等式进行了定义。因此，创建和修改很方便，而且仅占用非常少的内存空间。此外，还可以进行优化并确定公差。 有些 Zemax 物体未实现参数化，如 CAD 物体。这些物体只是作为数据文件存在。由于 Zemax 将所有物体均视为三维体，而不是表面集合，所以很容易进行光线追迹和管理大型 CAD 文件。基于表面的代码可能需要成千上万个表面来表示复杂的 CAD 物体：在 Zemax 中，它就是一个物体。但是，不同的表面材料和膜层可应用到一个物体的任何表面，不论使用多少 CAD 实体来予以表示。Zemax 支持 80 多种物体，包括透镜、非球面透镜、棱镜、全息图、Zernike 物体、衍射光栅等。支持物体的完整列表如下所示。此外，还有一系列“运算符”物体，可以从现有物体生成复杂的几何图形。例如，您可以对本地 Zemax 物体
空间光学遥感仪器的十项主要技术指标浅析 空间光学是利用航天飞机、卫星、飞船、空间实验室、空间站等空间飞行器，利用光学手段对目标进行遥感观测和探测的科学技术领域。主要手段是把光波作为信息的载体收集、储存、传递、处理和辨认目标信息的光学遥感技术。 空间光学的优势有很多，一是对地观测优势，空间光学可以对地球环绕观测地球的每一个角落，可以对地表成非常清晰的像，对于大气观测，灾害预报，环境监测，资源探测等方面有很大的优势。二是太空没有国界的限制，地表100公里以上的区域还是一片各方都可以涉足的无主之地。三是对外观测，过去人们曾经建过很多地面望远镜，但是地面望远镜受到大气扰动的影响，达不到望远镜的衍射极限分辨率。空间望远镜处于真空环境下，受到大气扰动小，更有利于达到望远镜的衍射极限分辨率。 空间光学遥感仪器的主要技术指标有以下几项： 1）空间分辨率 空间分辨率是指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或者大小，是用来表征影响分辨地面目标细节的指标。空间分辨率所表示的尺寸、大小，在图像上是离散的、独立的，它反映了图像的空间详细程度。空间分辨率越高，其识别物体的能力越强。 目前的空间遥感仪器基本上都是采用CCD或者CMOS作为探测器收集信息的，如果地面分辨率为1m，意味着CCD的一个像元对应地面宽度是1m。 空间分辨率示意图（资料来源：上帝之眼） 2）调制传递函数MTF 从信息角度来看，光学系统作为一个信息系统，输出的信息相对于输入的信息肯定会丢失一部分。我们常常使用对比度来表征这种信息，即MTF=（输出图像的对比度）/（输入图像的对比度），由于输出图像的对比度总是小于输入图像，所以MTF总是处于0-1之间。再根据不同的空间频率，即可获得系统的MTF图。
山东轻工业学院课程设计专用纸 成绩 课程名称 应用光学 指导教师 杨菁 院 （系） 理学院 专业班级 光信10-1 学生姓名 学号 201011021008 设计日期 7-4 课程设计题目 设计一个8倍的观察镜 设计题目要求： 设计一个8倍的观察镜，其设计要求如下： 全视场：2ω=6o； 出瞳直径：D ′=5mm ； 出瞳距离：l z ′=20mm ； 分辨率：α=6"； 渐晕系数：K =0.61； 棱镜的出射面与分划板之间的距离：a =15； 棱镜：列曼屋脊棱镜； 材料：K9； 目镜：2-28 一、目镜的计算 目镜是显微系统和望远系统非常重要的一个组成部分，但目镜本身一般并不需要设计，当系统需要使用目镜时，只要根据技术要求进行相应类型的选取即可。 1、首先根据已知的视觉放大倍数Γ及视场2ω，求出2'ω )(22tg ωωω ωtg arctg tg ?Γ='??' = Γ=45,49 2、因为目镜有负畸变（3%~5%），所以实际应取： %5)(2)(22??Γ+?Γ='ωωωtg arctg tg arctg =47.77 3、根据实际所需要的2'ω数值。出瞳直径值及出瞳距值等，来选择合适的目镜类型。在本次设计中所需的目镜的结构形式应该作为已知条件给出，如：目镜2-28。 山东轻工业学院课程设计专用纸（附页）
目镜2-28（结构图见2-2） 此外设计手册中还提供有相关的结构数据参数表2-1及主要的系统数据； 表2-1 表2-1 0.5,49.4,572,216.20==?==''d s f f ω等。 从图2-2中我们不难发现该目镜的出瞳位于整个系统的左侧，而在目镜的实际运用中，出瞳应位于系统右侧。此种情况相当于将目镜倒置，故而它所给出的49.4='f s 我们不能直接加以运用，这里f s '是指F '与目镜最后一面之间的距离。 4、将手册中给的目镜倒置： 由于将目镜倒置，则目镜的数据将发生一定的变化，以目镜2-28为例，原来的第一个折射面（∞=1r ）变为第八个面（∞=8r ），原来的第二个折射面（24.252-=r ）变为第七个折射面（24.257=r ）……，以此类推。值得注意的是：不但折射面的次序发生变化，与此同时其半径的符号也将发生相应的改变，原来为正，则现在为负。倒置后的新的数据如下表2-2所示： 5、进行手动追迹光线，求出倒置后的f s ： 如何进行光线追迹？我们以一个具体的双胶合物镜为例进行一下说明（见表2-4）
环境卫星有效载荷——红外相机 红外相机将来自地球表面环境地物的红外反射及辐射信号，经光学系统会聚镜成像到线列探测器上，完成光电信号的转换。探测器输出的电信号进行数字处理形成数字信号，并进行均匀性校正，形成近红外、短波红外、中波红外和长波红外四个红外通道4个通道的红外图像数据。 红外相机有近红外、短波红外、中波红外和长波红外四个红外通道，波段跨越0.75μm～12.5μm，光学口径200mm。红外相机的光路结构如图3.3-4所示，由主光学系统、后光学系统及其光学薄膜元件组成。环境目标信号经双面旋转扫描反射镜反射，进入同轴光学系统，以准平行光出射。分色片D1反射中长波红外波段，透射近红外短波红外波段，分色片D2反射近红外波段，透射短波红外波段。由各通道透镜组将信号会聚成像于各自对应的探测器组件上。各探测器焦平面组件均由探测器线列镶嵌以滤光片构成，以响应各光谱波段的信号，并形成4个光谱通道。中红外、长波红外两个线列探测器集成到同一个焦平面上，由一台斯特林制冷机进行制冷，制冷温度95K。 红外相机主要包括1台红外相机光机扫描头部、1台红外相机信息处理箱和1台斯特林制冷机控制箱。 选择同轴两反的卡塞格林系统作为主光学系统。系统的主镜为抛物面，副镜为双曲面，校正了系统的球差。主镜筒采用材料为殷钢，主镜采用石英材料。望远镜筒与副镜支架为一体化设计，这样加强了主镜与副镜的配合精度。副镜支架的肋板设计成倾斜面。在望远镜系统中，机械保证主镜和副镜安装后的同心度。红外相机成像方式选择多元并扫式。探测器采用多元器件，不同于推扫式的是多元探测器成像不是在穿轨方向而是在沿轨方向同时成像，其优点是在大的刈副宽度下可以有效地提高系统的探测灵敏度。 考虑到滤光片与探测器组合的分光方式在结构上比较紧凑，光学效率高，因此采用分色片先把近红外、短波红外波段与中红外、长波红外波段分离开，再通过各自的后光学系统会聚到滤光片-探测器组件上，形成红外相机所需要的4个探测波段。红外相机4个波段均采用自制的线列探测器，并采用校正黑体来代替冷空间，利用相机底板上参考黑体和侧壁上校正黑体两点，同时实现星上辐射基准和相机在轨的辐射校正。根据卫星系统要求，主要利用红外相机所获得的红外谱段的辐射信息探测陆面、水体和大气的热状况。红外相机具体技术技术性能和指标如下表所示。 项目指标 星下点像元分辨率150m(B1、B2、B3) ； 300m (B4)， 刈宽(km)720 扫描视场角± 29° 谱段(μm)0.75～ 1.10 1.55～ 1.75 3.50 ～3.90 10.5 ～12.5 MTF0.280.270.260.25辐射分辨率（Ne△ρ或0.5%0.5%≤ ≤
工程光学重点整理 第一章 第一节 ● 几何光学基本定律（直线传播定律，独立传播定律，反射折射定律，全反射，光的可逆原理） 1.反射折射定律：入射光线、反射光线和分界面上入射点的法线三者在同一平面内。入射角和反射角的绝对值相等而符号相反，即入射光线和反射光线位于法线的两侧，即 I I -='' n n I I ' ='sin sin 2.全反射及其应用 注意：光密介质、光疏介质、临界角 光密介质：分界面两边折射率较高的介质。 光疏介质：分界面两边折射率较低的介质。 临界角：折射角等于90°时的入射角。 全反射条件： ①光线从光密介质进入光疏介质； ②入射角大于临界角。 ● 费马原理：光是沿着光程为极植（极大、极小或常数）的路径传播的。也可已表述为：光从一点传播到另一点，期间无论多少次折射或反射，其光程为极值。利用费马原理可以证明：光的直线
传播、折射及反射定律。 马吕斯定律：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。折、反射，费马原理及马吕斯定律可互推。 第二节 a)光学系统与成像概念 b)1、光学系统的作用： c)对物体成像，扩展人眼的功能。 d)2、完善像点与完善像： e)若一个物点对应的一束同心光束，经光学系统后仍为同心 光束，该光束的中心即为该物点的完善像点。完善像是完善像 点的集合。 f)3、物空间、像空间： g)物所在的空间、像所在的空间。 h)4、共轴光学系统： i)
j) 图1-13 共轴球面光学系统 n '()n n 'n n 'n 若光学系统中各个光学元件表面的曲率中心在一条直线上，则该光学系统是共轴光学系统。 k) 5、各光学元件表面的曲率中心的连线，称光轴。 l) 完善成像条件：入射光出射光均为同心光束。 C A O n O O n O O n OO n O A n A E n E E n E E n EE n E A n k k k k k k k k ='''+''++++=''+''++++ΛΛ21211112121111 m) 物像的虚实判断：实像真实存在且可以记录，虚像则不可以。 第三节 a) 一、基本概念 1、光轴：通过球心C 的直线 2、顶点：光轴与球面的交点 3、子午面：通过物点和光轴的截面 4、物方截距：顶点O 到光线与光轴交点A 的距离 5、物方孔径角：入射光线与光轴的夹角 6、像方截距：
第五章光线追迹 5.1 光线追迹概述 设设和分析光学系统需要计算大量的光线，这一点我们在前面已经强调多次了。在近轴光学中已经讨论了近轴光线追迹和子午面内的光线追迹、光线经过表面后的路径可用折射定律和反射定律求出来，然后利用转面公式，转到下一面的量，继续计算。光学计算经历了一个较长的历史过程。追迹光线最早是用查对数表的办法，速度很慢，不但需要一套追迹光线的公式，还要有相应的校对公式，以便核对所迫迹的光线是否正确，有时候还需要两个人同时追迹同一条光线、以便进一步核对。这样—来，追迹一条通过一个折射表面的子午光线路要3到10分钟。后来出现了台式手摇计算机，追迹光线的速度有所提高，但由于光线的计算量太大，特别是结构比较复杂的光学系统。往往要花费光学设计者大量的时间来进行光学计算。而且那时所追迹的光线基本上仅限于近轴光线和子午光线，因为空间光线计算起来实在太复杂丁。20世纪60年代末期以来，出了计算机的发展和逐步普及，光学计算的速度加快了。由于最初的计算机需要输入二进制的数据，这样就要用穿孔机在条带上穿出成千上万个孔而不许有任何差错，这是件十分困难的事情。后来由于个人计算机的出现和迅速普及，才真正地把光学设计者从繁冗的、单调的光学计算中解脱出来，使光学设计者有足够的精力和时间去考虑光学总体结构和优化设计，从而为提高光学系统购整体质量和性能价格比创造了条件。由于光学计算经历了—个由手算到自动计算的历史演变过程，因此出现了适应于不同阶段的光线追迹公式。我们在这里提供的公式是适合于电子计算机的。因为查阅对数表进行光学计算的时代早已成为历史，相应的适合于用对数表计算光线的公式也就基本上没有实用价值了。 光线追迹要解决的问题是：给定一个光学系统的结构参数，如半径、厚度或间隔、折射率等，再给出入射到光学系统的光线方向和空间位置(也就是目标的位置)，最后求出光线通过该系统后的方向和空间位置。 光线追迹计算通常要经历下面4个步骤。 1) 起始计算：这一步的目的是在给出光学系统结构参数的基础上能够进入系统，给出光线的初始位置和方向。 2) 折射计算：这是光线追迹的关键一步，确定光线经过表面折射(或反射)后的分向和位
第２５卷 第８期 ２０１７年８月 光学精密工程 ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１７ 收稿日期：２０１６‐０８‐２６；修订日期：２０１６‐１１‐１４． 基金项目：国家自然基金资助项目（Ｎｏ．Ｙ５Ｄ１３ＪＪ１６０）文章编号 １００４‐９２４Ｘ（２０１７）０８‐２０９８‐０８ 空间光学载荷探测器组件抗冲击隔振设计 王忠素１，２，吴清文１，郭权峰１，郭 亮１，江 帆１，倡，王国强３ （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．中国科学院大学研究生院，北京１０００３９；３．吉林大学，吉林长春１３００２２） 摘要：针对广角极光成像仪整机Ｚ向冲击试验后探测器损坏的问题，提出在镜头组件与头部框架间设置隔振器的解决方法。首先，确定隔振方案为被动局部隔振；然后，从材料、刚度和安装方式等方面完成金属橡胶隔振器的设计。接着，运用有限元方法对结构进行模态分析和冲击载荷响应仿真分析。最后，对广角极光成像仪整机产品进行了力学实验，实验结果与仿真分析结果一致。实验结果显示：安装隔振器后，探测器位置测点的正弦振动加速度响应最大降低了２６．２％，随机振动加速度响应最大降低了７２％，冲击加速度响应最大降低了４８％，说明该隔振器具有显著的减振效果。在实验完成后对产品进行检测，发现产品并无异常，说明结构设计满足要求。 关 键 词：广角极光成像仪；整机；探测器组件；金属橡胶隔振器；冲击载荷；减振 中图分类号：ＴＰ３９４．１；ＴＨ６９１．９ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１７２５０８．２０９８ Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｎｔｉ‐ｓｈｏｃｋｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｆｏｒｄｅｔｅｃｔｏｒｍｏｄｕｌｅｏｆｓｐａｃｅｏｐｔｉｃｓｌｏａｄ ＷＡＮＧＺｈｏｎｇ‐ｓｕ１，２，ＷＵＱｉｎｇ‐ｗｅｎ１，ＧＵＯＱｕａｎ‐ｆｅｎｇ１，ＧＵＯＬｉａｎｇ１，ＪＩＡＮＧＦａｎ１，倡，ＷＡＮＧＧｕｏ‐ｑｉａｎｇ３ （１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ， ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ．，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ； ２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９， Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ） 倡Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ‐ｍａｉｌ：ｇｈｏｌｅｔｈｅ＠１２６．ｃｏｍ Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｓｅｔｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｏｒｂｅｔｗｅｅｎｌｅｎｓｍｏｄｕｌｅａｎｄｈｅａｄｆｒａｍｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏａｖｏｉｄｄａｍａｇｅｏｆｄｅｔｅｃｔｏｒａｆｔｅｒＺ‐ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｈｏｃｋｔｅｓｔｉｎｗｈｏｌｅｍａｃｈｉｎｅｏｆｗｉｄｅａｎｇｌｅａｕｒｏｒａｉｍａｇｅｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｓｐａｓｓｉｖｅｌｏｃａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｔｈｅｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｍｅｔａｌｒｕｂｂｅｒｗａｓａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄｉｎａｓｐｅｃｔｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｅｌｅｔｉｏｎ，ｒｉｇｉｄｉｔｙｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｗａｙｄｅｓｉｇｎ，ｅｔｃ．Ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｈｏｃｋｌｏａｄｒｅｓｐｏｎｓｅｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｅｓｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｗｈｏｌｅｍａｃｈｉｎｅｐｒｏｄｕｃｔｏｆｗｉｄｅａｎｇｌｅａｕｒｏｒａｉｍａｇｅｒ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓａｍｅａｓｓｉｍｕｌａ‐ｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ．Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆｄｅｔｅｃｔｏｒｒｅｄｕｃｅｓｂｙ２６．２％ｍａｘｉｍａｌｌｙａｆｔｅｒｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｏｒ，ａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｒａｎｄｏｍｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｄｕｃｅｓｂｙ７２％ｍａｘｉｍａｌｌｙ，ａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｓｈｏｃｋｒｅｄｕｃｅｓｂｙ４８％万方数据
第25卷 第5期 2005年5月 光 学 学 报ACTA OP TICA SIN ICA Vol.25,No.5 May ,2005文章编号:025322239(2005)05258924 变折射率介质中光线追迹通用算法的研究3 黄战华 程红飞 蔡怀宇 赵海山 张尹馨 (天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072) 摘要: 基于几何光学的光线折射和反射原理提出了变折射率介质中的光线追迹算法,给出了在光线追迹过程中进行递推的反射光线和折射光线的方向余弦方程;解决了空间中法线的确定和光线回转等问题。最后通过对多种不同的存在解析解的特殊折射率分布的数值解值和解析解值的比较,验证了算法的正确性,并且讨论了应用算法时应该注意的问题和算法中还有待解决的问题。该算法不但具有广泛的适用性,基本不受折射率分布的制约,而且其数值解精度达10-5。该算法在变折射率介质的光学设计和空间成像补偿等方面有着广阔的应用前景。关键词: 几何光学;折射率;通用算法;光线追迹;方向余弦中图分类号:O435.1 文献标识码:A 3国家自然科学基金(60377001)资助课题。 作者简介:黄战华(1965～),男,天津大学教授,主要从事光学图像处理和模式识别、光电技术等方面的研究。 E 2mail :zhanhua @https://www.doczj.com/doc/ea4938796.html, 收稿日期:2004208219;收到修改稿日期:2004211209 A S t u dy o n U ni ve rs al R a y Tr aci n g Al go ri t h m i n t he Medi u m of V a ri a ble Ref r act i ve I n dex Huang Zhanhua Cheng Hongfei Cai Huaiyu Zhao Hais han Zhang Y inxin Key L abor ator y of Op toelect ronic I nf or m ation Tech nological Science ,Mi nist r y of Ed uca tion ,College of Precision I nst r u men t a n d Op toelect ronic Engi neeri ng ,Ti a nji n U niversit y ,Ti a nji n 300072 Abs t r act : An algorithm of ray tracing based on light ray ref raction and reflection in geomet rical optics in the medi 2um of variable ref ractive index is p roposed and a recursive direction 2cosine equation of reflected light and ref ractive light for ray t racing in the medium of variable ref ractive index is carried out ,In the algorithm ,some p roblems ,con 2firmation of normal line ,light turning etc.,are resolved.At last its correct ness is validated by comparing numerical value and analytic value of several different special dist ribution of ref ractive index of analytic solution ,f urthermore some p roblems in the during of applying the algorithm and under solution in the algorithm are discussed.Not only the algorithm has extensive feasibility and is independent of dist ribution of ref ractive index ,but also its numeric p recision is about 10-5.The application of the algorithm is p rospective in the many cases ,such as optical designing and spatial imaging compensation of variable ref ractive index. Key w or ds : geomet rical optics ;ref ractive index ;universal algorithm ;ray t racing ;direction cosine 1 引 言 均匀折射率介质中的光线追迹是光学设计计算 的主要手段。对于变折射率介质中的光线追迹研究才开始起步[1,2]。主要方法是先简化光线方程,再用数值方法求解。但是这种方法的适用范围狭窄。本文提出了一种光线追迹算法。该算法从几何光学的基本原理———折射和反射规律出发,导出光线的空间折射和反射方程,由此得到空间中光线的轨迹。该算法不受折射率分布的制约,对各种分布均能得到满意的数值解。可以应用在变折射率介质的光学系统设 计上,也可以应用在变折射率空间成像补偿上。由于摄像距离、温度分布和大气成分的变化,空气不再均匀时,会导致成像质量下降。这时可通过本算法计算得到物点和像点的对应关系进行图像补偿。 2 算法描述 一束光线在均匀折射率的介质中是沿直线传播的,但在变折射率介质中将沿曲线传播。将变折射率介质分成很多小段,并且认为光线仅在各小段的边界
光测法 cjzwhut@https://www.doczj.com/doc/ea4938796.html,
大纲 n概述 n光学基础知识n光弹性原理n平面光弹性n光弹性材料n三向光弹性n光弹性贴片法n光弹性散光法n云纹法 n全息干涉法n散斑干涉法n云纹干涉法n焦散线法
参考书目 n计欣华，邓宗白，鲁阳等。工程实验力学（第二版）。北京：机械工业出版社，2010。 n戴福隆，沈观林，谢惠民。实验力学。北京：清华大学出版社，2010。
n佟景伟，李鸿琦。光力学原理及测试技术。北京：科学出版社，2009。 n王开福，高明慧，周克印。现代光测力学技术。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2009。
n盖秉政。实验力学。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006。 n云大真，于万明著。结构分析光测力学。大连：大连理工大学出版社，1996 。 n赵清澄。光测力学教程。北京：高等教育出版社，1996。 n阮孟光。光测力学。北京：北京航空航天大学出版社，1995。 n戴福隆等。现代光测力学。北京：科学出版社，1990。 n金观昌。计算机辅助光学测量。北京：清华大学出版社，2007。n天津大学材料力学教研室光弹组。光弹性原理及测试技术。北京：科学出版社，1980。 n Frocht M M.Photoelasticity ( Ⅰ).New York:John Wiley & Sons,Inc.,1941。 n Frocht M M.Photoelasticity( Ⅱ).New York:John Wiley & Sons,Inc.,1948。
1、概述 n什么是光测法 n光测法是如何发展的 n光测法有何特点 n有哪些光测方法及其应用
自由曲面在空间光学中的应用 在当今的生活中，自由曲面（Free-form）扮演着越来越重要的角色。如汽车车身、飞 机机翼和轮船船体的曲线和曲面都是自由曲面。到底什么是自由曲面？简单来讲，在工业上我们认为就是不能用初等解析函数完全清楚的表达全部形状，需要构造新的函数来进行研究；在光学系统中，光学自由曲面没有严格确切的定义，通常是指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。在我们的日常生活中，打印机、复印机以及彩色CRT中都会用到光学自由曲面。鉴于光学自由曲面在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，所以，以下就自由曲面在空间光学方面的情况进行了调研。 一、自由曲面简介 光学自由曲面没有严格确切的定义，通常指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。光学自由曲面已经渗透到我们生活中的各个角落，如能改善人类视觉质量的渐进多焦点眼镜，就是自由曲面技术在眼用光学镜片中的成功应用。 自由曲面光学镜片主要有两种：一是自然形成的曲面；二是人工形成的曲面。人工形成的自由曲面又分为一次成型和加工成型两种形式。 二、自由曲面运用的原因 空间遥感光学系统是在离地200km（低轨卫星）以上的轨道对地面目标或空间目标进 行光学信息获取，具有遥感成像距离远的特点。如何在几百公里遥感距离下获得较高分辨率的同时保证较宽的成像幅宽是推动空间遥感光学不断发展的源动力。 光学系统的入瞳直径是决定空间相机地面像元分辨率的主要因素之一，在一定F／＃的前提下，入瞳直径越大，空间相机地面像元分辨率越高。但入瞳直径的增加，意味着所有与孔径相关的像差增加。受空间环境中力学、热学、压力等因素的制约，当入瞳直径增大到一定程度（通常200mm以上），光学系统一般采用反射式或折反射式方案。为了简化光学系统形式，仅采用球面镜是无法平衡由于入瞳直径增加而剧增的像差，然而通过运用自由曲面的应用，可以解决像差增大的问题。由于自由曲面光学元件具有非对称结构形式，能够提供灵活的空间布局，拓展了优化自由度，提升了光学系统的像差平衡能力，从而显著改善了光
文章编号!""#$%&#’（&""(）"!$""))$"# 宽覆盖、离轴空间相机光学系统的设计 常军!，翁志成!，姜会林&，丛小杰! （!*中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林长春!(""&&； &*长春理工大学，吉林长春!(""&&） 摘要：当前空间相机的光学系统的要求是：在多光谱范围内，系统要有高分辨率、大视场、小体积、质量轻 且像面为平像场，+,-（+./0012//3/4546728147）可以满足上述要求。为此给出了这方面的设计，所研究的 +,-系统三个反射面都是二次曲面，将主镜和第三镜离轴放置，避免中心遮拦的影响，系统的视场可达 到)9:"*&9，焦距为;1，像质接近衍射极限。 关键词：高分辨率；空间相机 中图分类号：+<="(文献标识码：- !引言 目前，在空间对地观测遥感领域中，无论是军事还是民用领域都在努力发展高分辨力的空间相机，并要求相机在多光谱条件下，具有大视场、高分辨率、体积小、无色差、平像场。当工作轨道高度和探测器尺寸一定时，增大焦距，可以提高对地面像元的分辨率。但是，焦距增大时，系统尺寸也将随着增大，体积大对航空和航天产品非常不利。对于长焦距光学系统，折射系统和折反系统存在二级光谱，不易校正［!］；反射系统不产生色差，无二级光谱，使用波段范围宽，而且孔径可以做得较大，宜于轻量化，在抗热性能方面有较强的优势，而且通过使用非球面来校正像差，可以使结构简单，像质优良。目前已有学者在这方面做了不少工作［&$;］。最常用的卡氏系统也同样具有上述优点，但其视场小，且存在残余场曲；同轴的三镜消像散反射系统（+,-）由于中心遮拦的影响，减少了进入系统的能量，降低了系统的传函值。离轴+,-避免了中心遮拦，传函值可做到较高。本文探讨一种离轴+,-，系统焦距为;1，视场可达到)9:"*&9，对地面有较大的覆盖范围，且筒长较短，成像质量接近衍射极限。"光学系统分析 在无像差光学系统中或者系统的像差足够小时，光学系统口径的衍射决定了系统的最高分辨率。衍射对系统分辨率的影响由艾利斑直径!来表征： !" &###!$ % ，（!） 其中：!为波长，$为光学系统焦距，%为光学系统口径。 光学系统的成像质量最好能做到衍射极限，即像斑直径最小为衍射极限。系统焦距$与探测器单元尺寸"有如下的关系： $ & ’"" ，（&） 式中：’为卫星轨道高度，&为地面线分辨率。 地面覆盖宽度： ("&?’?745#，（(）式中：(为地面覆盖宽度，#为系统的半视场角。由上式可知，在波长、卫星高度和探测器尺寸"确定后，空间分辨率与光学系统相对孔径有关，当光学系统口径一定时，在相同的轨道高度条件下，增大焦距可以提高地面分辨率，增大系统的视 收稿日期：&""&$")$"#；修订日期：&""&$!"$("* 基金项目：国家自然科学基金项目（>3*;%%=?"&"）万方数据
收稿日期：2011-04-24 基金项目：国家863计划（2008AA121203）资助。 高精度卫星光学遥感器辐射定标技术 郑小兵1,2 （1中国科学院通用光学定标和表征技术重点实验室，合肥230031） （2中国科学院安徽光学精密机械研究所光学遥感中心，合肥230031） 摘要随着长期气候变化等观测新需求和高分辨对地观测等新手段的发展，空间光学仪器面临进一步提高辐射定标精度的要求。文章从空间光学仪器定标精度的制约因素和全过程定标的实现等方面，分析了国际相关领域的技术进展，并就新型定标技术的研究和应用提出建议与展望。 关键词辐射定标光学遥感卫星 中图分类号：V443+.5 文献标识码：A 文章编号：1009-8518(2011)05-0036-08High-Accuracy Radiometric Calibration of Satellite Optical Remote Sensors Zheng Xiaobing （1Key Laboratory of Optical Calibration and Characterization,Chinese Academy of Sciences ，Hefei 230031，China ） （2Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences ，Hefei 230031，China ） Abstract Climate change monitoring and high resolution earth observation demand higher accuracy of abso -lute calibration for space optical sensors.This paper briefly discusses the progress and constrained factors of cur -rent radiometric calibration techniques.New calibration approaches and instrumentations such as hyperspectral and spectrally tunable reference light sources,and global calibration site network are introduced,and their ap -plications are suggested. Key words Radiometric calibration Optical remote sensing Satellite 1引言 光学辐射定标主要研究光辐射传感器的输出与已知的、用SI 单位表述的输入光辐射之间的定量关系，包括各种光辐射效应的定量化、光辐射的精确测量及其不确定度评估，光辐射传感器的综合特性表征，以及光辐射传感器的工作条件对其性能影响的评估等方面的内容。 光辐射是光学遥感信息的基本载体。各种平台上光学传感器的几何和光谱分辩能力都与其光辐射的准确测量能力直接相关。辐射定标在空间对地观测观测过程中所发挥的主要作用表现为： 1）实现各类光学传感器从预研－工程研制－在轨运行的全过程定标，保证传感器的精度能够满足应用需求； 2）统一不同平台、不同传感器的辐射量化标准，使不同时间、空间条件下获得的遥感信息可以比对、转换和融合； 3）通过动态监测，校正传感器的性能衰变，修正大气、照明条件、环境变化等对测量结果的影响，保证测第32卷第5期 2011年10月 航天返回与遥感SPACECRAFT RECOVERY &REMOTE SENSING 36
梯度折射率光线光路追迹 第一章绪论 1.1研究背景与意义 在传统的光学系统中，各种光学元件所用的材料都是均质的，每个元件内部各处的折射率为常数。在光学系统的设计中主要通过透镜的形状、厚度来成像，并利用各种透镜的组合来优化光学性能。梯度折射率材料则是一种非均质材料，它的组分和结构在材料内部按一定规律连续变化，从而使折射率也相应地呈连续变化。它也可简称为梯折材料。它主要依靠介质折射率的非均匀性实现各种光学功能，由它制成的光学元件具有显著的特点。如梯度折射率透镜体积小，数值孔径大，焦距短，端面为平面，消像差性好。组成光学系统可大大减少组件总数和非球面组件数，因而简化结构。梯度折射率光纤可以自聚焦，能提高藕合效率。梯度折射率微型光学元件是集成光学和光计算机的主要组件。因此，它在光学系统中有着良好的应用前景。本课题主要研究光在梯度折射率光纤中的传播轨迹。 1.1.1光纤的传输原理 光纤是一种传输介质，是依照光的全反射的原理制造的。光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介，是一条以玻璃或塑胶纤维作为让讯息通过的传输媒介。光纤实际是指由透明材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。一般是由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。光纤有两项主要特性：即损耗和色散。光纤每单位长度的损耗或者衰减（dB/km），关系到光纤通信系统传输距离的长短和中继站间隔的距离的选择。光纤的色散反应时延畸变或脉冲展宽，对于数字信号传输尤为重要。每单位长度的脉冲展宽（ns/km），影响到一定传输距离和信息传输容量。 1.1.2光纤材料 纤芯材料的主体是二氧化硅，里面掺极微量的其他材料，例如二氧化锗、五氧化二磷等。掺杂的作用是提高材料的光折射率。纤芯直径约5~~75μm。光纤外面有包层，包层有一层、二层（内包层、外包层）或多层（称为多层结构），但是总直径在100~200μm上下。包层的材料一般用纯二氧化硅，也有掺极微量
课程论文 课程论文题目：光线追踪的应用及未来发展 学院：人民武装学院 专业：计算机科学与技术 班级：物联人151 学号： 1500860346 学生姓名：谭朝艳 指导教师：宁阳 2016 年6 月3 日
目录 摘要 ............................................................... II 第一章绪论 . (1) 1.1 光线追踪的定义 (1) 1.2 光线追踪的原理 (1) 1.2.1 自然现象 (1) 1.2.2 光线追踪的原理 (1) 1.3 光线追踪的特点 (3) 1.3.1 光线追踪的优点 (3) 1.3.2 光线追踪的缺点 (3) 第二章光线追踪的应用 (4) 2.1 光线追踪在图形渲染中的应用 (4) 2.2 光线追踪在物理学中的应用 (4) 2.3 光线追踪在实际应用 (4) 2.4 实时跟踪 (4) 第三章光线追踪的未来发展趋势 (6) 3.1 光线追踪VS光栅化 (6) 3.2 显卡何时才能实时光线追踪 (7) 3.3 光线追踪的未来发展 (8)
光线追踪的应用及未来发展 摘要 光线跟踪是一种真实地显示物体的方法，该方法由Appe在1968年提出。光线跟踪方法沿着到达视点的光线的反方向跟踪，经过屏幕上每一个象素，找出与视线相交的物体表面点P0，并继续跟踪，找出影响P0点光强的所有光源，从而算出P0点上精确的光线强度，在材质编辑中经常用来表现镜面效果。光线跟踪或称光迹追踪是计算机图形学的核心算法之一。在算法中，光线从光源被抛射出来，当他们经过物体表面的时候，对他们应用种种符合物理光学定律的变换。最终，光线进入虚拟的摄像机底片中，图片被生成出来。 关键字：光线跟踪（Ray tracing），真实感
第一章小结 几何光学的基础：基本概念及基本定律（见第一节小结） 成像分析： 1、完善像的定义及完善成像条件 2、光路中的基本概念与符号规则 3、光路计算： 1）内容： a. 成像位置关系（计算公式） b. 成像特性分析（放大率） ——虚实正倒缩放、共轭点沿轴移动、光束孔径角变化学习思路： a. 球面——平面 b.宽光束实际光线——近轴光线 （球差）（高斯像、物像共轭） c. 折射————反射 （反射-折射定律；成像公式、放大率公式、拉赫不变量）d. 单个球面——共轴系统： 过渡公式、成像放大率
第二章小结 理想光学系统理论： 1、基本概念：理想光学系统、共轭、共线成像等 2、共轴理想光学系统成像性质 3、基点与基面：焦点/面、主点/面、节点（包括物像两方） 物像关系： 1、图解法求像：典型光线、基点基面性质（课上例题） 2、解析法及应用：牛顿公式、高斯公式 理想光学系统的组合：1）两光组组合的公式及计算 2）多光组组合计算（正切计算法）典型光学系统：了解基本的光路特点、成像特性等
作业 1、（1）描述下列基点和基面的典型物理特征：焦点、焦平面；主点、主平面；节点；（2）写出物方焦距和像方焦距的关系式；（3）写出节点位置与主点位置的关系式。 2、（1）写出高斯公式和牛顿公式，并用图表示出公式中各符号。（2）写出高斯公式和牛顿公式相应的垂轴放大率公式。（3）写出物方焦距与像方焦距的关系。（4）写出空气中两透镜组合的光焦度。 3、结合图、文、公式, 简述多光组组合的正切计算法。 P38: 2,4, 5,6 共7道题 第三章小结
第四章作业 1、结合画图进行名词解释：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角 2、结合画图进行名词解释：视场光阑、入窗、出窗、视场角 3、对于一个光学系统，如何判断其孔径光阑？ 4、如何判断其视场光阑？ 5、名词解释：（1）渐晕、渐晕系数；（2）主光线；（3）照相系统中的孔径光阑和视场光阑分别是什么？ 6 、（1）望远镜系统中的孔径光阑和视场光阑分别在何处？（2）目视光学系统对出瞳有何要求？ 7、物方远心光路及其作用？ 8 、场镜及其作用？ 9、解释景深、对准平面、远景平面、近景平面。 10、景深决定于哪些因素？与这些因素有何关系？ 小结：光学系统的成像分析 理想光学系统成像特点：物点——像点 1、任意大的空间、任意宽的光束都可以成完善像。 （视场）（孔径角） 2、计算：牛顿公式、高斯公式、近轴光路计算公式均可以 求理想像的大小与位置。 实际光学系统 1、近轴区才具有理想光学系统的性质 ——无实际意义 2、通常情况下，不能以一定宽度的光束对一定大小的物体成完善像。 成像特点：物点——弥散斑 计算：实际光线计算 追迹成像的位置、大小与理想像的偏离——像差 像差类型影响因素在高斯像面上接收到的像