小畸变针孔广角镜头的设计

针孔摄像机广泛应用于图像监视领域,随着镜头视场角的增大,成像范围增大,图像会产生形变,畸变难以校正。为了控制摄像机的系统畸变并且提高其成像质量,提出了基本结构采取物镜后接转像系统的光学系统,其工作距离为10米,全视场角为100°,相对孔径为1/2,入瞳在光学系统最外侧,焦距为1.67mm,接收器为1/4英寸CCD。优化后全视场畸变小于2%,在200lp/mm空间频率处的MTF值都大于0.3。系统很好的校正了球差、色差和场曲。实现了大视场小畸变的光学特性,适合隐蔽监控场合。     

微光夜视仪中物镜光学系统的小型优化设计

为改善传统球面微光夜视系统结构复杂、镜片数较多的特点,将衍射光学元件引入传统球面物镜中,在符合成像质量要求的情况下,设计出一套用于微光夜视仪的折/衍混合物镜光学系统.该物镜视场为40°,相对孔径为1/1.19,包含三个衍射面,并将传统球面系统透镜数减少了2～3片,仅由5片组成,在空间频率为40 lp/mm时,轴上传递函数可达0.89,轴外可达0.43.     

大相对孔径折射式望远物镜的设计

当望远物镜的相对孔径D/f'= 1/2.4,根据光学特性的要求,物镜的视场角不大,显然使用双胶合物镜已不能满足要求.针对不同结构型式的望远物镜所适用的相对孔径值,作者选用双胶合加单透镜结构,并采用Zemax软件进行设计、优化,基本达到了设计要求.     

长波红外反远距物镜光学被动消热差设计

为满足非制冷红外光学系统相对孔径大、长后工作距、温度适应性强的性能要求,采用反远距系统结构形式,设计了工作波段为8~12μm,F/#为2.5,全视场角为7.2°,焦距为100mm的长波红外物镜.通过光学被动式消热差方式,匹配光学材料及分配透镜光焦度,完成了红外物镜在-40~+65℃温度范围内的消热差设计,并对红外物镜的像质进行分析.仿真结果表明:不同温度下,系统各个视场内调制传递函数在奈奎斯特频率17lp·mm-1处均高于0.4,达到衍射极限,单个像元内能量均达到85%.系统整体无温度离焦,成像质量良好、结构紧凑,且适用于像元尺寸为30μm×30μm、像元数为320×240非制冷焦平面阵列探测器.     

用于OLED数字化白光零位仪的双远心投影物镜

为了实现瞄准镜的瞄准基线变化量在大范围下的高分辨检测,设计一种双远心光路的投影物镜。投影物镜将大靶面、高像素OLED成像在准直物镜的焦面上,经准直物镜后形成无穷远目标,该目标进入被测瞄准镜后成像在瞄准镜的分划板上,通过调节OLED电子分划来实现被测瞄准镜瞄准基线的测量。双远心光路采用准对称的结构以及对称变换设计方法,用Zemax软件对光学系统进行仿真和优化,达到了大视场(物方线视场2y=120mm)、长工作距离(物距达到500mm)、低畸变(全视场畸变低于0.1%)、高分辨率(全视场100lp/mm处MTF大于0.3,且点列图弥散斑直径小于8μm)、大景深(景深大于30mm)、和双远心(物方和像方远心度均小于0.1)的设计要求。系统成像质量良好,设计参数和指标满足光路衔接原则。     

大视场光学显微技术的研究

研究了一种可实现大视场光学显微成像的方法。由于双高斯物镜具有较大的视场和较好的光学成像特性,在设计出全对称双高斯结构的基础上,经过适当的结构调整变为双高斯变形结构。弯月形透镜在提供一定的放大倍率条件下,能够尽量少的引进像差,与调整后的双高斯变形结构的像差相补偿。二者结合后,在获得比较大的像方视场的同时,能够实现较好的成像质量,且整个像面上的分辨率趋于一致。最终设计出物方视场9mm,像方视场43.3mm,物面分辨率1.66μm的成像光学系统,此光学系统全视场在300lp mm处的调制传递函数大于0.3。     

等倍率大视场光刻物镜设计

本文探讨了对称远心光学系统作为等倍光刻物镜结构形式的理论依据。讨论了该物镜在满足衍射极限象质要求情况下如何控制高级象差的问题。最后给出一个相对孔径 D/f=1/2、线视场φ80mm、空间频率ν=200线/毫米时,MTF 为40%的设计结果。     

基于Placido盘法的角膜地形图仪成像系统优化设计

现有的基于Placido盘的角膜地形图仪成像系统采用对称式消色差结构,其视场角小、角膜覆盖面积小,分辨率和检测精度不高。为实现角膜形貌的高覆盖率采集,根据人眼角膜的特点以及所选用的CCD相机,在传统的成像系统基础上利用ZEMAX软件对其进行优化设计。优化后系统由5片镜片组成,有效焦距为25mm,后工作距离为17mm,相对孔径为1/3,全视场为15°,光学总长为55mm。在镜头分辨率145lp/mm处,所有视场的调制传递函数值均接近0.4,场曲在全视场下小于0.1。优化系统角膜覆盖率大、成像质量更好,对实现高分辨率角膜地形图仪工程化生产具有实际意义。     

小畸变大视场CCD相机光学系统的设计

为提高CCD照相机的成像质量,同时使镜头结构紧凑、小型化,在大视场光学镜头的设计中,采用非球面设计.通过理论计算和ZEMAX光学设计软件的优化,给出工作波长为0.4～0.7pm、全视场角为51.15°,相对孔径为1:3的镜头设计实例.该系统采用"天塞型"结构,加入两个非球面后,在501p/mm空间频率处的MTF值超过O.62,全视场畸变小于0.1%,像质优良.     

星载多光谱相机光学系统设计

根据星载多光谱相机的应用领域与发展前景,设计了与之相应的光学系统,该系统可以在400-1000nm的谱段范围内清晰成像,焦距为280mm,相对孔径为1/3.5,全视场角3°。该设计结果成像质量高,满足实际需求,该系统对加工装调要求适中,可为该类多光谱相机的设计提供参考。     

广角高清细径视频鼻镜光学系统设计

为了满足现代医疗内窥镜对广角、细口径及高清像质的需求,设计了一款广角高清细径视频鼻镜镜头,该镜头由前物镜组、后物镜组及转像棒镜、场镜组成。该镜头使用了三片场镜,对系统的场曲及畸变进行补偿,同时也减小了光学系统的横向尺寸。系统采用的均是球面透镜,可以降低成本。该镜头设计参数:入瞳直径0.1mm,全视场角为100°,镜头外径为2mm,物镜焦距1.145mm。优化设计结果显示:优化后的系统总长为239mm,在空间截止频率116lp/mm处,光学传递函数(MTF)大于0.4,接近衍射极限,满足分辨率要求。     

联合变换相关器傅里叶变换镜头光学系统设计

针对联合变换相关器的目标识别的设计要求,为提高联合变换相关器光学特性,本文提出三片式傅里叶变换透镜的设计。该设计根据电寻址液晶EALcD和CCD对傅里叶变换透镜的匹配要求确定设计参数。工作波长为O．6328,um,焦距200mm,全视场角4°,相对孔径1：4。系统引入偶次非球面,使镜头结构紧凑、重量轻、筒长短。设计结果表明：在空间频率501p／mm时,光学系统的MTF大于0．8,接近衍射极限,像质优良,满足联合变换相关器的总体设计要求。     

大光圈微型高清照相物镜的设计和性能分析

基于Д. C. Boпocob公式得到照相物镜的基本特征参数,通过PW法计算物镜系统的初始结构参数,设计了一款大光圈微型高清照相物镜,并在非序列仿真环境(Non Sequential Component,NSC)下对系统结构合理性进行了分析.照相物镜的光圈值F数为2.2,视场角2 w=65°,系统总长6.13 mm,有效焦距为4.5 mm.系统由4片塑料非球面透镜和1片红外滤光片组成,其中第1、3、4片透镜为正透镜,第2片透镜为负透镜,光阑面位于第1片透镜之前.优化后,各视场的均方根(RMS)半径都小于艾里斑半径,在半奈奎斯特频率处各视场的MTF值均大于0.54,畸变小于2%.系统搭配Aptina的AR8033型CMOS,可实现800万像素光学品质的微型照相物镜系统.     

镜头畸变和照度随主光线角度变化的优化分析

手机镜头作为典型的大视场大孔径光学系统,在进行光学设计时会出现像面边缘照度过低。降低边缘主光线角度可以改善边缘照度,但是同时也会使边缘畸变增大。取边缘主光线角度,畸变为变量,使用ZEMAX对手机镜头进行仿真优化,通过改变边缘主光线角度、畸变、像面照度,寻找三者之间的联系。通过一系列仿真数据分析,发现当系统边缘主光线角度变小时,系统边缘照度会被提升,但相对畸变也会被提升。使用Matlab对多组仿真数据分析,可以在畸变和边缘照度上找到最佳平衡。对实际系统进行了优化,在边缘主光线角度为17.5°附近能求解到最佳平衡解。通过该优化设计使原系统光学总长缩短了0.9mm,整体畸变下降了0.3%,MTF也有显著提升。     

1300万像素折衍混合式手机镜头设计

设计了两款高像素的折衍混合式手机镜头。两款镜头F数均为2.2,都将第一片透镜的后表面作为衍射面,第一种结构采用正-负-正的三片式,光阑位于第一片透镜和第二片透镜之间,全视场60°,焦距为5mm,系统总长5.8mm,优化后在223lp/mm处所有视场MTF值均大于0.4,在446lp/mm处所有视场MTF值均大于0.19,相对畸变小于2%,第二种结构为四片式,光阑前置,全视场70°,焦距4.2mm,系统总长6.7mm,优化后在223lp/mm处0.7视场内MTF值均大于0.36,在446lp/mm处0.7视场内MTF值接近于0.2,相对畸变小于1%,三片式镜头系统总长小,MTF曲线也更高,但四片式镜头有较大的视场角且场曲畸变更小,两者各有优势。     

宽光谱大视场航空相机模拟器光学系统设计

分析了近红外波段玻璃的材料特性,介绍了一种用于航空相机模拟器的光学系统设计方法,用ZEMAX作了优化设计.给出了光学系统焦距为2 000 mm,相对孔径为1/10,视场角为±5°,光谱范围为0.4～1.0μm的光学系统的设计实例.从像质评定可以看出,系统的质量基本上达到了衍射极限.     

多谱段标准镜头光学系统设计及装校

本文设计了一款检测用的多谱段标准镜头,其焦距为180mm、相对孔径D F=13、视场角2ω=6°。该镜头具有波段（400-1000nm）跨度比较宽的特点,并且对每个特定波长的传递函数值都有严格的要求,即在80 lp/mm时均达到0.5以上,且畸变小于2%。设计时运用光学设计软件ZEMAX的多重结构功能,保证了每个特定的波长传递函数都能达到要求。在装校镜头时通过定心仪精调每组镜片与镜筒的同轴度。经过精细的设计及有效的装校,最终产品测试结果表明轴上星点达到非常良好的效果,传递函数全部满足设计要求。     

电子内窥镜光学系统设计

内窥镜观察范围大,并且观察系统多与手术器械相配合,具有广角长工作距的特点,因此物镜采用非对称反远距结构。设计的光学系统采用尺寸为3.30mm×2.95mm CCD接收成像,像元大小为3.275μm,实现了短焦距（1.7mm）、细径化（Φ=5.5mm）、大视场（100°）、长工作距（50mm）的光学特性。由于该系统为大视场光学系统,会有较大畸变,针对反远距物镜分析了其结构特点和像差特性,通过计算得出系统各个参数,并合理的引用非球面,达到了提高系统成像质量并且降低系统畸变的目的,利用ZEMAX光学设计软件给出了设计实例,并已经应用到实际生产中。     

双激光生物芯片分析仪扫描物镜设计

描述了一种用于生物芯片分析仪的像方远心f-theta扫描物镜.通过对物镜像差参数要求的分析，
选择初始结构，利用ZEMAX进行了光学系统的优化， 给出了数值孔径0.17，焦距40 mm，总长140 mm的f-
theta物镜设计结果的光路图和芯片荧光测试实验结果.f-theta物镜用于生物芯片分析的扫描系统在100
lp/mm的调制传递函数（MTF）在0.35以上，f-theta畸变量控制在0.13%以内，在整个视场内具有高荧光激
发和收集效率，分辨率可以达到10 μm，一块芯片的测试时间可以在200 s以下.     

高温炉探测装置光学系统设计

为了获取高温炉窑内的燃烧信息,设计一个探测装置的主部分光学系统。该系统分为两部分,分别是前组系统和中继系统。整个系统的设计要求为:视场角为60°,相对孔径为1/1.2,成像波段为4μm~6μm,MTF0.5@20lp/mm,畸变小于3%,系统的总长大于700mm。另外还要求前组镜头可以在300℃的环境下正常工作。经过选择初始结构、优化、热分析等过程完成了整个系统的设计工作。在前组系统与中继系统组合成一个整体,整体系统的MTF值在20线对处各个视场均大于0.6,系统的艾里斑直径为5.884μm,每个视场的点列图大部分都在艾里斑之内,且系统的畸变小于3%;整体设计考虑了工作环境温度及提取视频数据的需要,像质也达到非常良好的效果。