带校正环的物镜光学设计

利用软件Zemax设计一款可用于盖玻片校正的显微物镜,该物镜采用逆向光路设计,无限远校正系统,其放大倍数为40×,可见光波段,数值孔径为0.6,校正的盖玻片厚度范围为0~1.5mm,管镜配合能满足Ф20mm视场。从镜头专利库ZEBASE中选择合适的镜头作为初始结构,通过设定合理的优化函数优化该镜头,对最后的结果进行成像指标分析,该款物镜能满足使用要求。     

红外光学系统

<正> 第二部分红外物镜我们在第一部份介绍了适合于红外光学系统计算的各种光线追迹公式,这一部分我们将介绍各种常用的红外物镜,包括反射式物镜,折射式物镜和折反射式物镜。重点是双反射式物镜,因为它是最常用的红外物镜。一、反射式物(?)由于二个原因,目前红外光学系统的物镜大都是反射式的:(1)能满足物理上、化学上、机械上的性能要求的透过波段较宽的红外透光材料不多,(2)通常的红外透光波段(例如2～2.6μ,3～5μ、8～14μ三个大气窗口)比可见光波段(0.4～0.76μ)     

0.5×～2.5×长工作距离变焦距显微物镜设计

根据变焦距理论和显微物镜的特点,利用Zemax设计了一款可连续变倍的显微物镜。该物镜由4组双胶合透镜组构成,结构简单,成像质量良好,变倍范围在0.5~×~2.5~×之间,最大数值孔径达到0.1,共轭距346mm,物距76mm,空间频率65lp/mm处,全视场内的调制传递函数均大于0.3,适用于可见光光谱,可以与1/2inch CCD相匹配。通过对所设计的变倍显微物镜进行公差分析,得到一套比较宽松的公差,适合批量生产。设计结果表明,该变倍显微物镜可以满足工业视频检测的要求。     

宽光谱长工作距弱荧光信号检测显微物镜设计

针对癌细胞突变基因诱导荧光信号弱、光谱覆盖范围宽、现有显微镜不能检测等局限,本文设计了光谱波段为450~800nm、数值孔径为0.95的荧光显微物镜。物镜采用++-结构,因宽光谱、大数值孔径像差校正难度大、透镜片数多、装调困难,前组设置成敏感组分,承载物镜装调的调校功能,承担90%以上光焦度;中间组为弱光焦度组分,用于校正大数值孔径下的二级光谱,显著降低了二级光谱校正元件的加工难度;后组为负光焦度组分,用于平像场和增大物镜的工作距离。物镜的设计参数为:总长58mm、工作距0.21mm、视场0.625mm、倍率40×、数值孔径0.95,结果表明:其像质接近衍射极限,畸变小于0.2%,满足多种癌细胞突变基因的弱信号生物监测设计要求。     

用于MTF评价的复消色差准直物镜的设计

最近几年人们把许多注意力放在设计和制造大相对孔径物镜上,这种物镜被用于灵敏度扩展到近红外波段的探波器上。不太完善的MTF测量装置上作为标准部件配备的折射式准直物镜,物镜结构比较简单,而且光谱校正也受到限制。因而在直接测定大相对孔径物镜的多色MTF值和轴上色差时,就会产生误差。文中详细讨论了一个焦距1500mm的复消色差准直物镜,实际上它具有只受衍射限制的性能和很小的二级光谱(≈0.0001EFL),从而使上述误差的产生减到最小的程度。     

基于折/衍混合的长焦深成像物镜消色差方法

为兼顾成像系统消色差及扩展焦深的特性,提出一种基于折/衍混合的长焦深成像物镜在可见光波段内消色差的方法。通过阐述对数光锥位相结构的特征,讨论长焦深元件的色散特性,并依据折/衍混合消色差原理,确定长焦深成像物镜中折射元件与衍射元件位相函数重新分配的原则;位相重新分配后,衍射元件在承担扩展焦深功能的同时增加了部分消色差光焦度,从而使长焦深元件获得消色差特性。理论和仿真分析表明：位相函数重新分配后得到的长焦深元件在中心波长λd(587nm)时的轴向光强分布与原长焦深元件一致,而在波长为λF(486nm)、λc(656nm)时的轴向光强分布区域重合,即在保留焦深扩展特性的同时有效的校正了其在可见光波段内的初级色差。     

基于折/衍混合原理的长焦深成像物镜消色差方法

为兼顾成像系统消色差及扩展焦深的特性,提出了一种基于折/衍混合原理的长焦深成像物镜在可见光波段内消色差的方法.通过阐述对数光锥位相结构的特征,讨论了长焦深元件的色散特性,并依据折/衍混合消色差原理,确定长焦深成像物镜中折射元件与衍射元件位相函数重新分配的原则;位相重新分配后,衍射元件在承担扩展焦深功能的同时增加了部分消色差光焦度,从而使长焦深元件获得消色差特性.理论和仿真分析表明,位相函数重新分配后得到的长焦深元件在中心波长λd(587 nm)时的轴向光强分布与原长焦深元件一致,而在波长为λF(486 nm)、λc(656 nm)时的轴向光强分布区域重合,即在保留焦深扩展特性的同时,有效地校正了其在可见光波段内的初级色差.     

光纤熔接机高清显微物镜光学系统设计

在光纤熔接过程中,为了实现光纤高质量熔接,需要一个高清显微物镜来确保纤芯的准确对准。运用Zemax软件设计一款用于光纤纤芯对准的显微物镜,该物镜由6片透镜组成,放大率为8倍,数值孔径为0.25,工作距为13.4mm,共轭距为85mm,以CCD作为图像接收器件。显微物镜采用正向光路进行优化设计,正向光路设计的显微物镜更能贴近实际使用状态,能够更加清晰准确地检测到纤芯位置。该物镜工作波长为486~656nm,具有工作距离长、共轭距短、精度高等特点。     

多波段共口径红外系统光机热一体化设计

针对红外系统对热辐射比较敏感的特点,即除了来自系统外部的杂散热辐射会影响系统的性能,系统内部的热辐射也会降低系统的灵敏度,在研制某型号红外系统中,根据技术指标对其光学系统、机械结构以及热辐射抑制进行了详细论述和设计.系统口径1000mm,采用可见光、中波红外、长波红外3个光谱波段共用口径的光学结构,可见光波段焦距2000 mm,目视鉴别率690 lp/mm,中波红外波段焦距为2000 mm,长波红外波段焦距为2000 mm.采用地平式二维转动机构以实现对成像头部组件俯仰、方位的调整,保证对目标的瞄准和跟踪.重点对系统内部杂散辐射进行了分析,包括机械内壁不同表面不同发射率对像面接收辐射能的影响,以及光机内壁不同温度不同发射率对像面接收辐射能的影响.设计了水冷循环系统制冷光机系统的温度,降低系统内部杂散辐射.测试结果表明,可见光波段焦距及目视鉴别率达到了预先设计的要求值,各红外分系统的焦距也分别到达了预先设计的要求值,所摄取的图像对比度清晰.     

半导体双波长透射式红外干涉仪的研制及应用

采用635nm波长半导体可见光激光和10.5μm波长半导体红外激光作为干涉光源,设计了635nm和10.5μm双波段共光路透射式红外干涉仪,实现了可见光波段干涉测试与红外光波段干涉测试共光路,且双光路共用可见光对准。双波段共用机械式相移系统,并采用635nm测试光分段驻点标定10.5μm测试时相移器的长行程误差。研制的双波长红外干涉仪系统的红外测试精度达到PV优于0.05λ,RMS优于0.02λ,系统重复性RMS优于0.001λ。采用该干涉仪测试口径为400mm×400mm,离轴量为800mm的离轴非球面,得到边缘最大偏差值为21.9μm,能够实现大口径离轴非球面从粗磨到精磨高精度加工面形的全过程干涉测试。     

大相对孔径折射式复消色差天文望远物镜设计

为了满足用于深空天体观测或摄影的天文望远物镜的大相对口径及高分辨力的要求,基于二级光谱的理论公式,以佩兹伐物镜作为基本结构,对所选择的玻璃材料进行了色散特性的分析。通过Zemax光学设计软件的优化,给出工作波长范围在405～750nm、焦距为500mm、视场角为3.2°、相对孔径为1∶5的设计实例。设计结果表明,该系统二级光谱得到了很好的校正,在100lp/mm处各视场传递函数均在0.52以上,满足接收器件有效尺寸为23.7mm×15.6mm的CCD成像要求,像面成像质量良好,适合深空天体的观测。     

微型集成超光谱成像系统

基于Offner结构的凸面光栅成像光谱仪以其独特的优点,成为新一代航天遥感器上对地观测的重要手段之一。文中报导了一种便携式高集成度超光谱成像系统,它由两块普通玻璃胶合而成、尺寸小于30mm×30mm×30mm。优化设计超光谱成像光学系统的工作波段为可见光波段,相对孔径小于F/2.5,放大倍率1:1,满足物方和像方远心,具有成像质量高、光谱分辨率高、重量体积超轻小、稳定性好、加工容易、成本低等优点,适用于航天、生物医学等领域。     

基于响应曲面法的钛合金TC21铣削参数优化

针对新型损伤容限型钛合金TC21的难加工性,通过基于响应曲面法的中心复合设计铣削试验研究工艺参数对切削力的影响规律,建立二阶响应曲面模型,以最小切削力为目标优化工艺参数。研究结果表明:轴向切深和每齿进给对切削力影响显著,径向切深和切削速度对切削力影响较小,最优加工参数为v_c=119.71m/min,f_z=0.06mm/z,a_e=0.87mm,a_p=16.01mm。将最优加工参数应用到工程实践中,可提高整体硬质合金刀具寿命和各类型零件的加工效率。     

Total internal reflection fluorescence imaging using an upconverting cover slip for multicolour evanescent excitation

Total internal reflection fluorescence microscopy is well known as a means of studying surface‐bound structures in cell biology. It is usually measured either by coupling a light source to the sample using a prism or with a special objective where light passing through the periphery of the lens illuminates the contact region beyond the critical angle. In this study we present a new and simple approach to total internal reflection fluorescence microscopy where the sample is mounted on a cover slip prepared from a high‐index upconverting glass‐ceramic. Excitation of the cover slip with a low‐cost near‐infrared laser diode generates intense narrow‐band visible emission within the cover slip, some of which is totally internally reflected. This emission gives rise to an evanescent wave at the interface and hence can excite surface‐bound fluorescent species. Depending on the excitation conditions the cover slip can generate violet, green and red emission and hence can excite a wide range of fluorescent labels. Fluorescence emission from the sample can be detected in spectral regions where the direct emission from the cover slip is very weak. The advantages and limitations of the technique are discussed in comparison with conventional total internal reflection fluorescence microscopy measurements and prospects for novel total internal reflection fluorescence microscopy geometries are considered.     

基于自回归谱外推方法的TOFD检测盲区抑制

结合自回归谱外推方法与超声衍射时差法（Time of flight diffraction,TOFD）,抑制直通波脉冲宽度造成的近表面检测盲区。建立碳钢试块模型,并设置上尖端埋深d依次为2.5 mm、3.0 mm、5.0 mm及7.0 mm的底面开口槽,模拟选用中心频率5 MHz、探头中心距34.0 mm的TOFD探头实施检测。利用自回归谱外推方法扩宽傅里叶变换后的混叠信号频带,压缩时域脉冲宽度,分离了混叠的直通波与衍射波,将TOFD检测盲区深度由8.3 mm抑制到2.5 mm以内,实现四个底面开口槽的同时检出与定位。针对碳钢试块中埋深3.0 mm底面开口槽进行试验验证,定位误差为0.30 mm。与常规TOFD和频谱分析方法相比,自回归谱外推方法以高信噪比频带为基础,外推有效频带外的高频与低频范围数据,提高时间分辨率,为TOFD检测盲区内缺陷定位提供了新思路。     

An optical spectrometer for a confocal scanning laser microscope

An optical spectrometer for the visible range has been developed for the confocal scanning laser microscope (CSLM) Phoibos 1000. The spectrometer records information from a single point or a user-defined region within the microscope specimen. A prism disperses the spectral components of the recorded light over a linear CCD photodiode array with 256 elements. A regulated cooling unit cools the diode array, thereby reducing the detector dark current to a level, which allows integration times of up to 60 s. The spectral resolving power, λ/Δλ, ranges from 400 at λ = 375 nm to 100 at λ = 700 nm. Since the entrance aperture of the spectrometer has the same diameter as the detector aperture of the CSLM, the three-dimensional spatial resolution for spectrometer readings is equivalent to that of conventional confocal scanning, that is, down to 0.2 μm lateral and 0.8 μm axial resolution with an N.A.=1.3 objective.     

PCBN刀具切削高温合金锯齿形切屑形成机理

高温合金被广泛的应用于航空航天工业中,它是一种典型的难加工材料,切削过程刀具磨损严重。PCBN刀具作为一种超硬刀具材料在加工高温合金方面具有较大潜能,但由于PCBN刀具没有断屑槽,故断屑困难。因此研究切削参数以及刀具磨损对切屑形成的影响规律对推进PCBN刀具的应用具有重要的意义。通过试验研究切削参数和刀具磨损对切削力、切屑宏观状态和切屑微观参数(切屑剪切角、切屑厚度、齿高和齿间角)的影响规律。试验结果表明:当切削速度为97 m/min,切削深度为0.1 mm,进给量为0.14 mm/r时,切屑的宏观状态最佳。并根据试验结果,确定了绝热剪切带的位置和两个切屑锯齿形成的关系,进而建立了PCBN刀具切削高温合金GH4169的锯齿形切屑的形成机理模型:当刀具运动到某一点开始出现绝热剪切带,继续运动到下一点,形成一个锯齿,继续运动将出现下一个剪切失稳。     

磨削参数对硫化氢应力腐蚀试样表面质量的影响分析与优化

首先从理论上分析了影响硫化氢应力腐蚀试样表面质量的各种磨削参数,然后针对这些磨削参数设计出正交试验,进行研究和分析各参数的影响。试验结果表明,磨削过程中,磨削深度对试样表面残余应力影响最大,砂轮颗粒度对试样的表面粗糙度影响最大。试验结果证明,在砂轮线速度vs=30m/s的情况下,使用砂轮颗粒度为180#的砂轮,在工件转速vw=460r/min、轴向进给速度f=0.25mm/s、磨削深度ap=0.010mm的磨削条件下进行切削时表面质量最为优化。