航空变焦镜头的小型化设计

航空相机的光学系统决定相机的外形尺寸,针对一个25倍航空变焦镜头的光学设计指标要求,进行小型化设计.为缩短筒长,采用负组补偿偏离物像交换变焦结构,缩短变倍补偿系统各组元焦距,增加前固定组和变倍组间距的设计方案,通过解初级像差方程求得初始结构,依据像差理论,利用ZEMAX自动设计软件进行像差校正平衡.设计结果表明,该系统可以实现20～500 mm的连续变焦,筒长只有198 mm,中心视场传递函数值大于0.4,0.7视场传递函数值大于0.2.     

非球面系统的波差法光学设计

采用波差法进行非球面系统的光学设计,非球面用于常规光学系统可以提供附加设计参数和选择光学材料的自由度。本文主要研究了用波像差推导了非球面元件的初级象差,分析了产生差别的物理实质。给出一、三级成像特性与色差公式,波差法基于球差与波差的联系,并进行波差与结构参数之间的推导得出方程式,可解析求解满足初级象差平衡的光学系统的初始结构参数,用ZEMAX校正可以得到满意的结果,采用波差法进行非球面光学系统的光学设计简单易行,且设计的物镜质量高,成本低。     

全景环形成像的转像系统设计

在全景环形透镜成像系统的设计中，为保证增大角视场情形下的成像性能，通过对全景环形透镜的第二反射面与第二折射面的几何参数间的有效平衡，以及对转像系统的优化设计，增大了成像视场，实现了全景环形透镜成像系统前后组之间的像差补偿；设计了一套具有良好成像性能的全景环形成像的光学系统。     

用斑点成像消除光学系统像差的影响

在详细分析用斑点成像消除目标图像中随机扰动影响的基础上,提出了在有像差光学系统中,应用斑点成像消除图像中像差影响的方法。通过在光学系统的光路中引入随机相位屏,采集物的短曝光像,用斑点成像处理,恢复目标图像的功率谱和相位谱,可以得到目标近衍射极限的图像。实验结果表明,这种方法可以消除图像中光学系统像差的影响。     

红外导引头光学系统设计

根据红外导引头技术指标要求,选择光学系统的结构形式,初步确定光学系统的几何尺寸;以作用距离最大、系统双波段像差最小以及工艺要求最低为目标,利用开发的导引头光学系统通用设计软件进行光学系统参数优化。获得的光学系统在±20°的动态视场中弥散斑直径均小于0.15mm,导引头在给定条件下估算的作用距离达到39km。     

高级色差理论

本文讨论光学系统中前组初级像差(五种单色初级像差和二种初级色差)引起光栏座标和物面座标的改变,对其后组色差的影响——衍生高级色差理论。     

镜头像差知多少?

镜头像差包括球差、彗差、像散、场曲、色差与畸变,这些对初学者来说既熟悉又陌生--常听到影友们说这个镜头畸变严重或那个镜头有明显像场弯曲等,又囿于难以弄懂理论书籍中复杂的公式推导,故对自己手中的镜头是否存有像差,是否会影响拍摄而有点不放心.下面是笔者将像差、色差与畸变作尽可能通俗的描述,旨在帮助初学者能客观地评估自己的镜头,在使用中能扬长避短.     

漫谈照相镜头的像差

漫谈照相镜头的像差钟伯亮照相镜头是照相机的“眼睛”，被摄物体只有通过镜头后，才能在底片上成像。因此镜头的质量好坏，直接影响着照片的质量。镜头质量中，最主要的是它的光学系统的成像质量。实际的光学系统，只有对光轴附近无限小的范围内以极小的孔径角才能得到理...     

数字式图像增强系统及其图像的清晰化

在图像增强管和图像数字化结合方案的基础上，讨论了如何使用数字算法来消除和补偿图像增强管中由于电子光学系统的像差对图像所产生的影响，使图像清晰化。     

李代数在磁偏转系统三级像差计算中的应用

提出了电子光学偏转像差的李代数理论 ,将这种新型数学工具的应用领域从带电粒子束的聚焦传输系统推广到扫描偏转系统。推导出了磁偏转系统的高斯光学性质及全部三级正则像差 (包括在任意观察平面的正则位置像差和正则动量像差 ) ,所导出的结果与传统的逐次近似像差理论相同 ,为将李代数方法用于扫描探针系统的高阶像差的分析计算奠定了理论基础     

Analysis of Seidel aberration by use of the discrete wavelet transform

Seidel aberration coefficients can be expressed by Zernike coefficients. The least-squares matrix-inversion method of determining Zernike coefficients from a sampled wave front with measurement noise has been found to be numerically unstable. We present a method of estimating the Seidel aberration coefficients by using a two-dimensional discrete wavelet transform. This method is applied to analyze the wave front of an optical system, and we obtain not only more-accurate Seidel aberration coefficients, but we also speed the computation. Three simulated wave fronts are fitted, and simulation results are shown for spherical aberration, coma, astigmatism, and defocus.     

Modification of the formulas for third-order aberration coefficients

New parameters for calculation of third-order aberration coefficients (Seidel aberration coefficients) are introduced. The formulas for Seidel aberration coefficients are linear in these new variables. With these new variables it is possible to calculate the shape and the refractive index of the glass of the individual lenses of the optical system, which was not possible before.     

激光光学系统的球差

依据斯特列尔判断，采用解线性方程组的方法讨论了高斯光束初级和高级球差的最佳校正形式，并以表格方式给出了最佳校正形式。讨论了按照均匀光波最佳校正形式对高斯光束进行像差平衡时的中心点亮度变化，研究表明，在工程实际中，采用普通光学系统的像差平衡理论对激光光学系统进行设计是完全可行的。     

The Influence of Inaccuracy of Construction Parameters on the Calculated Optical Transfer Function

The influence of the construction parameters of an optical system such as radii of curvature, refractive indices, thicknesses, and distances of lenses on the optical transfer function (O.T.F.) is discussed with the example of variation of radii. To find out the critical or uncritical parameters of a compound system, the Seidel coefficients (first aberration) are generally sufficient. Then the exact coefficients of wave aberrations are varied by given amounts and the corresponding O.T.F. is calculated and tabulated. The permissible variation of the coefficients for a given tolerance of O.T.F. in a limited spatial frequency range can be seen from the table. The presented technique is demonstrated for a lens of nine surfaces.     

Modelling the first- and third-order properties of conceptual thick lenses by using three air-spaced thin lenses

A virtual thick-lens module comprising three air-spaced thin lenses is proposed, which is able to have the identical first-order quantities and third-order Seidel aberrations for just real thick lenses, or groups or components within any thick lens, hence it is capable of studying the aberration behaviours of conceptual lenses without detailed structures. The three thin-lens powers are first evaluated to match the required first-order quantities. Then the aberrations of each thin lens are solved to satisfy the given total aberrations. When the incident rays are changed, each thin lens will induce new aberrations according to the thin-lens formulae. The new system aberrations of the thick module are obtained by adding individual thin-lens aberrations. The module can be directly applied to finite and infinite conjugates, focal and afocal lenses, as well as telecentric and non-telecentric lenses. Examples are given to simulate two real lenses and to optimise the balanced aberrations of a conceptual zoom lens.     

两步式灵敏度矩阵法在卡塞格林望远镜装调中的应用

为了调节视场较大的卡塞格林望远镜的次镜位置,提出了两步式灵敏度矩阵模型的计算机辅助装调方法。在分析了传统的二次模型灵敏度矩阵法的缺陷的基础上,根据灵敏度矩阵的特点加入了精调步骤,对传统的灵敏度矩阵法进行了改进。针对卡塞格林系统,分析了各项泽尼克系数与失调量之间的关系,并对300mm口径,0.6°视场的卡塞格林系统进行了校正仿真。仿真结果显示,传统的灵敏度矩阵法校正后沿x、y、z轴偏移及绕x、y轴倾斜的失调量的均值分别为:-0.0684 mm、-0.0892 mm、0.0015 mm、0.0498°和-0.0444°,全视场波像差RMS均小于0.1λ(λ=632.8nm);两步式灵敏度矩阵法校正后的均值分别为-0.0018 mm、-0.0012 mm、0.0002 mm、0.0008°和-0.0012°,全视场RMS均小于0.03λ,明显优于传统的灵敏度矩阵法。     

Threshold algorithm to recover the deformation of optical surfaces

The global optimization threshold algorithm is reported to obtain the deformations of an optical surface. The advantage of these types of algorithm is that they can be solved for the correlation problem presented in Seidel polynomials. We obtain the 2D deformations of a surface test with the transversal aberration along one direction only. In order to apply this algorithm we used exact ray tracing to simulate the transversal aberration adapting the same mathematical theory for the Ronchi test. The error obtained in sagitta recovering deformation was 1 microm.     

基于Trilemma常数调整的偏转像差校正

从多极场像差校正理论出发，根据六极场对三级偏转像差的影响，提出了基于Ｔｒｉｌｅｒｍｍａ常数调整的偏转像差校正方法，这种方法使偏转像差的校正更方便、更直观，同时可以应用于大偏转角偏转像差的校正。     

光谱共焦显微镜中色散物镜材料的优化选择

色散物镜是光谱共焦显微镜的关键组件,其轴向色散线性度和色散范围会影响光谱共焦显微镜的性能。在线性轴向色散的理论基础上,研究了优化选择材料组合的方法,给出了优化模型和求解方法,得到了具有最大色散的材料组合及其光焦度分配,并使用光学设计软件对优化结果进行了模拟。模拟结果表明,使用本文优化方法得到的材料组合,波长与轴向色散成线性关系,而且具有最大的轴向色散。使用得到的最大色散材料组合进行色散物镜设计,得到了较好线性度的色散物镜,并具有较短的有效焦距。本文给出的优化选择材料组合的方法可以为设计光谱共焦显微镜提供指导,有效缩短镜筒长度,提高光谱共焦显微镜的性能。