综合验光仪光学系统研究

电脑控制式综合验光仪是目前国际上公认的主要验光设备。文中介绍了综合验光仪的光学原理,采用镜片组合屈光度的最佳方法,从技术指标和成本的角度出发分析了几种镜片分布方案,并找到最佳设计方案,通过数据分析和计算,确定了镜片的组合方式,优化镜片组合设计出整个光学系统结构。实际测量结果证明了研制的全自动综合验光仪符合国家计量校准规范要求。使用综合验光仪能够进行完整的视觉功能测试和定量分析,验光方便、快速、准确。     

红外偏心摄影验光仪的空间变分析和数字模拟

偏心摄影验光法是一种根据一定距离上拍摄的眼瞳图像测量人眼屈光状态的方法。为了提高测量性能,采用近红外发光二极管作为摄影验光仪光源并改进了光阑结构。目前利用几何光学进行理论分析时忽略了光的衍射作用。采用建立在波动光学基础上的空间变分析法以提高理论分析的准确性,对红外偏心摄影验光仪的空间变光学系统成像过程进行分析,并用计算机模拟出不同屈光度的近视眼瞳孔像。     

空间相机温度-离焦特性分析与试验

为了提高空间相机在不同温度条件下的成像质量,本文建立了空间相机光-机-热集成分析模型,以此模型为基础,对系统的温度-离焦特性进行研究,得到了相机温度调焦曲线,并开展了热光学试验。首先,分析了温度变化对光学系统的影响,特别是对最佳像面位置的影响,得到了相机离焦量与光学元件参数的关系;介绍了光机热集成分析的一般方法,即将热分析的温度场,经过映射,作为结构分析的边界条件,然后进行结构有限元的热弹性分析,通过对变形结果中光学元件曲率和刚体位移做拟合,得到敏感因素的温度-离焦敏感度矩阵;在此基础上得到了相机温度调焦曲线;最后,开展了相机热光学试验。试验结果表明,基于集成分析结果的温度调焦,空间相机在20℃±8℃内的最大误差小于0.1mm,基本满足相机在轨自动调焦的要求,并指出了进一步提高相机温度调焦精度的方法。     

轻武器光学瞄具的视差参数测试

在对传统的视差测量方法进行充分研究的基础上,提出了基于自动调焦技术的轻武器光学瞄具的视差参数测试方法。介绍了自动调焦技术的工作原理及其系统组成框图;根据轻武器瞄具性能指标的具体要求,结合自动调焦技术设计了一套轻武器瞄具的视差参数测试系统,并介绍了被测瞄具放入该测试系统前后的自动调焦过程;最终通过求取视度之差得到视差。根据轻武器瞄具光学系统的实际测试要求进行了5次测试实验,并对这5次实验数据进行了分析。结果表明:视差测试精度为0.0296m-1,达到了轻武器光学瞄具技术指标0.1m-1的要求,保证了测量精度。     

六角棱镜调制电脑验光仪对散光眼模型检测精度分析

针对传统电脑验光仪调焦速度慢,聚焦误差大的缺陷,对现有验光仪六角棱镜的成像系统进行优化。通过光学仿真软件分析和对比,发现六角棱镜调制的验光仪在散光度和散光轴位的测量误差(柱镜示值平均误差为0.8m-1,轴位示值平均误差为3.73°)均明显大于普通圆环调制的验光仪(0.2m-1,1.75°)。因此,采用圆环代替六角棱镜调制可以增加检测的精度。另外,对六棱镜分光法设计的验光仪的设计和检验,需要特别注意其柱镜度和柱镜轴位的检测评价,避免造成验光误差。     

内调焦望远镜的光学系统设计

本文介绍内调焦望远镜的光学结构特点，光学设计中在保证光学系统像差校正的条件下如何降低成本，以及光学系统设计方法，并列出较佳光学结构参数、像差等数据。     

六角棱镜调制电脑验光仪对散光眼模型检测精度分析

针对传统电脑验光仪调焦速度慢,聚焦误差大的缺陷,对现有验光仪六角棱镜的成像系统进行优化。通过光学仿真软件分析和对比发现六角棱镜调制的验光仪在散光度和散光轴位的测量误差（柱镜示值平均误差CYL=0.8m-1,轴位示值平均误差AX=3.73°）均明显大于普通圆环调制的验光仪（CYL=0.2m-1,AX=1.75°）。因此,采用圆环代替六角棱镜调制可以增加检测的精度。另外,对六棱镜分光法设计的验光仪的设计和检验需要特别注意其柱镜度和柱镜轴位的检测评价,避免造成验光误差。     

数字查片仪的调焦原理及实现方法

在全自动查片仪系统中,调焦系统是其重要组成部分,在对眼镜片参数的测量中能实现自动对焦.文中介绍了全自动数字查片仪的自动调焦原理,并对其实现方法进行了设计,实现了查片仪的自动调焦和眼镜片各项参数的测量.     

基于SolidWorks simulation的验光仪托梁的结构优化

验光仪托梁的结构优化对光学系统的运动稳定性、仪器质量及外形尺寸具有重要的意义。利用SolidWorks Simulation软件对验光仪托梁进行有限元分析,优化了产品设计结构,缩短了开发周期,提高了产品设计效率。     

光学镜头光学机械一体化CAD软件设计

光学镜头光学与机械一体化CAD软件应用多数据库通信技术,首次改变了光学镜头分光学与机械两阶段的传统设计模式,实现光学与机械设计一次成功,跨越了机械设计阶段中的结构设计和大量零部件制图工作.通过系统提供的建立光学系统、光线追迹、像差计算、变焦距设计、像质评价和系统连接等程序模块完成光学系统设计与计算,并建立了光学设计参数和系统参数数据库.经选取该数据库的参数和光学系统型式后,系统控制程序运行自建的公用函数库和机械零部件数学模型程序库,达到自动生成光学镜头机械结构零部件图的目的,使光学镜头机械结构实现自动化设计.并给出了专用电视摄像机变焦距设计的实例.     

立体成像眼底相机光学系统设计

为了实现从不同角度同时拍摄同一眼底视网膜区域的图像,使采用双目立体视觉法进行眼底三维重建成为可能,设计了一种免散瞳立体成像眼底相机光学系统。该光学系统由成像系统和照明系统两部分组成,在成像系统中,使用Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟正常人眼,运用体视显微镜成像原理进行分光设计;在照明系统中,通过设置黑点板的方式消除网膜物镜产生的杂散光,并加入环形光阑以避免角膜反射光的产生。设计结果表明,本立体成像眼底相机光学系统截止频率在95lp/mm处各视场的MTF值均大于0.2,成像系统畸变小于-3%,场曲值小于0.1mm,色差矫正良好,并且具有较强的调焦能力,能对-10~+5m~(-1)的人眼清晰成像。     

光谱范围从365至12000nm的高精度光电自动折射仪

介绍了由作者研制的光谱范围从365至12000nm的高精度光电自动折射仪的测量原理、主要误差源和仪器组成。用该仪器对包括红外材料锗在内的多种样品进行了测量,在小于2600nm和大于2600nm的波长范围内分别获得了优于±3×10^-6和±5×10^-5的折射率测量精度。     

人眼波前像差测量中的照明系统设计

使用Hartmann-Shack传感器测量大像差人眼时,细平行光照明会导致波前像差测量的精度下降。设计并实现了一种自动的可调照明系统,在入射光路中加入了一个位置可以自动调整的准直透镜,调整这个透镜的位置可以准确的改变照明光的光屈度,精密电控平移台可以对准直透镜的位置进行快速准确扫描定位。实验中对模拟人眼像差进行了测量,分别用细平行光照明和自动可调照明系统的实验结果进行了对比。实验结果显示,使用自动可调照明使传感器获得图像的信噪比由2:1提高到10:1,对近视-5D模拟人眼测量的结果也由-4.285D±0.208D提高到-5.041D±0.157D,结果显示,使用自动可调照明系统提高了Hartmann-Shack传感器图像的信噪比,使测量结果更加准确。     

微束XRF系统中X射线聚焦光学元件研究

高性能X射线聚焦光学元件是实现亚微米分辨率微束X射线荧光分析系统(XRF)的关键器件。给出一种新型的微束XRF系统设计结构,介绍两种典型的X射线聚焦光学元件:X射线聚焦毛细管透镜和X射线组合折射透镜的结构与光学参数。数值计算比较了X射线聚焦毛细管透镜和X射线组合折射透镜的光学聚焦性能。分析结果体现了X射线聚焦组合透镜作为聚焦光学元件在焦斑大小、透过率、强度增益和检测范围等方面的优势。     

锗的红外折射率精密测量

利用所研制的KGZ-Ⅱ型高精度光电折射仪,在5～10.6μm的光谱范围内,测量了由北京有色金属研究总院研制的锗的折射率,并与红外色散公式计算的结果进行了比较,分析了影响测量准确度的各项主要因素,给出了具有±3×10^-4准确度的测量结果。     

水泥回转窑窑头自动看火系统原理与应用

本文基于多媒体计算机和光学辐射原理，提出了一种水泥回转窑窑内温度分析新技术，对水泥回转窑窑头工业摄象机摄取的窑内彩色图象进行实时处理，得到窑内烧成带实时温度分布图和其它一些状态参量。本文对基于该技术的水泥回转窑自动看火系统的实现和该系统的应用进行了介绍。     

自动验光仪中图像处理与调焦准确性的研究

图像清晰度评价函数可以反映调焦系统的调焦准确性。为了验证所选择的评价函数满足调焦准确性的要求,现选择在不同调焦位置拍摄图像并进行处理,找出最佳成像位置,然后利用调焦透镜的移动量与屈光度的关系计算出屈光度,与实际使用的模拟眼比较并计算误差。通过对不同屈光度的模拟眼分别测量,最终结果表明:该评价函数能够较好地满足调焦的准确性要求。     

自动阿贝折射仪的研究

提出了基于光的全反射原理,利用单色发光二极管作为光源和线阵CCD作为传感器,结合计算机图像处理技术,实现了WYA-Z自动阿贝折射仪的设计。并简要介绍了仪器的工作原理、光路系统、仪器组成、关键技术、设计要求及实验验证。实验结果表明:仪器的折射率测量范围:1.3000～1.7000,精度n_D:±0.0002,重复性n_D:±0.0001。该仪器不仅能自动测量液体的折射率,还能自动测量液体的浓度,因此具有广阔的市场前景。     

嵌入式自动聚焦摄像模组控制系统的设计

针对手机等移动终端设备中的摄像模组,提出了一种嵌入式自动聚焦控制系统。该系统以AD5820作为聚焦电机的驱动IC,以OV5642作为图像传感器,利用68013单片机进行数据处理并控制驱动IC调整镜头的位置,完成准确自动聚焦。系统通过控制音圈电机带动镜头行程变位,获取一系列图像;计算每幅图像清晰度评价值构成清晰度评价曲线;采用梯度函数作为图像清晰度评价标准;并用全程搜索的方式找到图像清晰度最大值时镜头的位置,从而达到聚焦的目的。实验验证显示,系统的聚焦分辨率能达到5～10μm,响应速度小于70ms。自动聚焦实物拍摄图像清晰,能够很好地满足摄像模组自动聚焦的需求。