适用显微镜质量测试的高分辨率测量镜头设计

利用Zemax光学设计软件设计了一款适用于光学成像尺寸为38mm的互补金属氧化物半导体(CMOS)型工业相机的高分辨率测量镜头,该工业相机用于自动化定量分析检测显微镜像差。通过数码图像处理的方式去评判显微镜物镜性能的好坏。在满足性能要求基础上,对普通的测量镜头结构加以优化,使得测量镜头拥有非常高的分辨率。该镜头焦距为36mm,后工作距约为32mm,视场像面高度为36mm,在90lp/mm处,中心视场调制传递函数(MTF)值大于0.45,边缘视场MTF值大于0.25。     

基于Code V的800万像素手机摄像镜头设计

利用Code V光学工程软件,设计了一款800万像素手机镜头。镜头采用1G3P结构,光圈值F为2.8,视场角62°。采用东芝公司一款800万像素的1/2.6英寸CMOS传感器作为设计镜头的感光元件,像素大小为1.75μm,相应的尼奎斯特频率为285lp/mm。设计结果表明,在尼奎斯特频率处,大部分视场的MTF值均大于0.3,在尼奎斯特频率1/2处,视场的MTF值均大于0.5,最大畸变为-1.05%,成像性能良好,满足使用要求。     

红外多目标复合仿真光学系统设计

基于透射式复合投影以及微透镜阵列扩束设计了适用于1~3 μm和3~5 μm波段的红外多目标复合模拟器的光学系统。该模拟器的干扰光路采用透射式复合投影并利用微透镜阵列完成扩束。此外,采用前无焦系统和后聚焦镜组结合的方式,通过在平行光路中引入平面耦合镜,实现了目标和干扰光路共用一套投影系统。设计过程对目标光学系统、干扰光学系统和主投影光学系统分开优化,之后对系统进行整体优化。该系统入瞳距为200 mm,视场为±4°,全视场调制传递函数（MTF）在20 lp/mm时大于0.6,接近衍射极限。文中分析了加工装调完成后光学系统的实测MTF数据,结果表明,MTF在20 lp/mm时大于0.3,完全满足应用技术指标。该系统已成功应用于新型红外目标模拟器,对未来红外仿真光学系统的设计有参考意义。     

高分辨率成像二元光学系统的研制与实验结果

已研制成功一个折衍射混合式成像二元光学系统,焦距800mm,有效通光口径76mm,成像光谱范围从435.8nm到656.3nm.成像质量实测结果为20lp/mm时MTF值达到0.75,比同样条件下一个传统的折射式系统MTF所能达到的设计值高百分之三十以上。     

低温红外离轴三反准直系统设计

为实现真空100 K低温环境中的红外设备测试，设计了一种离轴三反式的准直系统。该系统采用无热化设计，整机结构选用SiC材料，在镜体与支撑结构连接处采用C形开口胀销作为柔性结构，补偿连接结构的低温变形。系统整体除反射镜外，其余部分全部包裹在低温辐射冷板内。低热导绝热支撑结构在热传导链中起热屏蔽作用，实现系统的绝热支撑和快速制冷。在100 K低温环境下对单镜进行仿真分析，主、次、三镜的面形误差均小于λ/50；整机分析得到主、次、三镜的面形误差均不大于λ/30。常温下系统各个视场波前差在λ/14～λ/8内，低温下系统视场波前差在λ/8～λ/7内，根据瑞利判据可认为波面无缺陷。当λ=632.8 nm时，常温下系统在50 lp/mm频率的调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）大于0.7；低温下的MTF大于0.6，满足系统在50 lp/mm MTF大于0.6的使用要求。仿真结果表明，准直系统可以在100 K真空环境中稳定输出平行光，满足低温红外设备的测试需求。在快速辐射制冷材料级实验中，历经18 h，温度稳定在130 K；历经30 h,SiC镜坯温度稳定在...     

中波红外两档变焦光学系统

报道了一种用于320×240制冷型探测器的中波红外两档变焦光学系统。该系统采用二次成像、前组透镜轴向移动变焦的光学结构形式。根据探测器类型和实际的使用要求给出了系统的光学参数,并利用光学设计软件对系统的像质进行了的分析。结果表明,该系统可以实现焦距为180/60两档变焦,工作波段为3～5μm,F数为1.96,满足100％冷光阑效率,截止频率16lp/mm处的MTF值大于0.6,结构简单,使用方便,像质好。     

10×连续变倍照摄像物镜的光学设计

连续变倍照摄像物镜在各种照相和摄像等领域有着广泛且必不可少的实际应用。通过大量反复研究与计算,在参考他人资料的基础上,设计出了可用于像方线视场16mm的照摄像机物镜,变焦范围为15~150mm连续变倍,物镜的像方F数为2.5,MTF曲线在50lp/mm时值均大于0.12,畸变在8%以内,是一成像质量满足实际要求的连续变倍物镜。     

头盔显示器光学系统小型化设计

在满足设计指标和实际使用要求的基础上,在传统头盔显示器球面光学系统中引入非球面和自由曲面系统,校正系统像差,使头盔显示器光学系统更加简单和轻巧。应用Zemax软件,设计出了视场40°×30°;出瞳直径10mm;波长540～560nm;后截距大于3mm;分辨力33.3lp/mm空间频率处的调制传递函数(MTF)值大于0.1的离轴双通道头盔显示器光学系统。     

红外光学镜头的调制传递函数测量

调制传递函数是评价红外光学镜头性能的最基本的技术指标之一。对刀口边缘扫描法测量红外光学镜头的调制传递函数(MTF)进行了研究,并对f=50mm,F=1.2波长范围为8~12μm的红外光学镜头的调制传递函数(MTF)进行了测量。得到了在几个特征频率下的调制传递函数(MTF)值,并给出了调制传递函数(MTF)的曲线图。     

6.5倍微小型可见光变焦光学系统设计

连续变焦光学系统在执法取证、森林防火、海洋搜救、道路交通、无人机侦察等领域有着广泛且必不可少的实际应用。为提高变焦系统的性能指标,并使系统小型化,通过Zemax光学设计软件反复优化计算,设计了焦距为2.68～17.5 mm、视场为4.7°～31°的变焦系统。整个系统由4组10片透镜组成,物镜的像方F数为2.15～3,MTF值在250 lp/mm时均大于0.25,畸变在4.5%以内,光学总长小于27 mm,总质量小于0.77 g,具有结构紧凑、体积小、重量轻、分辨率高、成像质量好等优点,是一款微小型的连续变焦光学系统。     

长波红外广角地平仪镜头的光学设计

介绍适用于非致冷凝视式焦平面阵列的长波红外(LWIR)广角地平仪镜头的光学设计.其工作波长范围10～16μm,全视场角为135°.采用"负-正-正"型式的反远距像方远心光路镜头结构,仅有三块非球面锗透镜构成.能够很好地解决广角镜头轴外像差校正和像面照度均匀性问题.此镜头结构简单、体积很小、后工作距离大,成像质量接近于衍射极限,在20lp/mm空间频率处的调制传递函数值超过0.6,像高与视场角关系偏离线性的相对误差不超过15%.文中还分析了此镜头的加工和装调公差.     

双层衍射元件在投影式头盔光学系统设计中的应用

利用双层衍射元件设计了一款折衍混合投影式头盔光学系统。系统的衍射效率在可见光波段＞90%,提高了像面图像的对比度,增加了色彩真实性。在出瞳距离为25 mm,出瞳直径为10 mm条件下,系统的视场角为50°,有效焦距为32 mm,直径为19.2 mm,重量为7.8 g,继承了投影式头盔光学系统的轻小性特征;调制传递函数(MTF)在38 lp/mm时,边缘视场达到0.3以上,中心视场达到0.6,充分满足2.8 cm(1.1 in)彩色LCD微显示器的SXGA显示模式;系统垂轴色差为8.2 μm,场曲为0.4 m^-1,畸变为5%,成像质量满足虚拟环境和可视化训练要求。文中给出了双层衍射元件的二元面特征曲线,每周期刻蚀八个台阶时,最小特征尺寸为6.3 μm,且易于加工实现。     

广角f-θ静态红外地平仪镜头的光学设计

为了满足航天器对轻小、价廉,性能可靠的自主导航系统的要求,设计了广角静态红外地平仪系统。该系统选择辐射稳定的14～16.25μm作为工作波段,并设定全视场角为136°,F数为0.61;采用反远距结构,使系统后工作距达到15mm;利用f-θ镜头设计原理,并合理地选用非球面对广角系统进行优化设计,使系统的线性特性的相对误差0.5%;在空间频率为15lp/mm处,系统的调制传递函数0.6,接近衍射极限;在半径为20μm的圆内,系统径向能量85%。另外,采用了像方远心光路,提高了像面的照度均匀性,实现了整个像面照度均匀性99%。设计结果表明,该镜头结构简单、体积小、后工作距大,很好地解决了广角镜头轴外像差平衡问题,实现了地平仪系统的高精度设计。     

Comparative evaluation of coil and hall probes in hole detection and thickness measurement on aluminum plates using eddy current testing

The design, test, and comparison of one coil probe and one Hall probe using eddy current testing in the field of non-destructive evaluation is presented. Real tests were performed using alumi- num plates. This research concludes that (1) both probes provided broadband frequency responses up to 1000 KHz, which are wide enough for the most common applications; (2) the coil probe provided higher signal to noise ratio (SNR) than the Hall probe; (3) both probes detected the four holes success- fully and provided enough sensitivity to classify them by diameter; and (4) the coil probe provided higher accuracy than the Hall probe when measuring thickness lower than 1 mm, and lower accuracy when measuring thickness higher than 1.5 mm.     

Performance evaluation of an innovative design modification of an orifice meter

This paper evaluates the effect of innovative design modification on the performance of an orifice meter. The orifice meter of 10 mm plate thickness is considered as reference meter and the plate has been modified by changing the surface topology to curvature on both the sides of the orifice plate and the performance has been evaluated using CFD. The performance of the meter is evaluated in terms of coefficient of discharge (C_d) and standard deviation. The study reveals very interesting phenomenon. The newly designed orifice meter has higher discharge coefficient with an improvement of about 22% compared to the reference orifice meter with β-value of 0.6. The performance of the new orifice meter with β-value of 0.6 and radius of curvature of 7.07 mm (2R/d = 0.471) is nearly independent of Reynolds number over the entire range of flow conditions studied (10³ ≤ Re ≤ 10⁶).     

小型数字投影结构光三维测量仪镜头设计

为了解决三维测量仪器的小型化问题,设计了一种数字投影结构光三维测量仪光路结构,并用Zemax软件进行了性能优化。该结构分为投影光路和照相光路,投影镜头采用反远距结构,由5片透镜组成,全视场调制传递函数大于0.35。照相镜头采用双高斯结构,由6片透镜组成,全视场调制传递函数大于0.12。两镜头口径均小于14mm,长度小于40mm,像面照度均大于90%,可以对80~120mm远的物体进行测量。投影图像像素密度为1 028×768,相机拍摄图像像素密度为1 280×960,在工作距离100mm处可以测量28mm×21mm的表面。镜头全部采用球面透镜。该结构具有测量精度高、成本低、加工容易、体积小等优点。     

广角微型投影镜头设计

投影机更新速度快,高分辨率、轻便微小的投影机已是时代的需求。通过分析微型投影成像系统的特点,根据几何光学理论,用Zemax软件设计了一款投影显示芯片为0.61inch(1inch=2.54cm)、投射比为0.68∶1的微型投影镜头。镜头由2片非球面透镜和6片常用玻璃材料透镜组成,结构简单,系统光学总长为60mm,有效焦距为9.26mm,后工作距离大于20mm,最大口径小于23mm,全视场(FOV)为80°,相对孔径为1∶2.2。在71lp/mm特征频率处,全视场的调制传递函数均大于0.5,全视场相对畸变小于2.0%,镜头成像质量好。对微型投影系统进行容差分析,得出一套较为宽松的公差,适合生产加工。