大视场红外搜索系统的光机结构设计

设计了具有小型化、集成化的兼具大视场和高分辨率的红外搜索系统。首先阐述了系统的工作原理：采用扫描成像方法将9个凝视视场的图像拼接获得大视场高分辨图像;光学系统结构由偏移视场棱镜组、扫描镜和成像镜头三部分组成,光学设计的单个凝视视场范围为6.87°×5.50°,通过上述扫描方式拼接后获得6.87°×45.10°的大视场,对系统的成像质量进行了分析与评价,在20lp/mm时系统MTF接近衍射极限;重点介绍了扫描镜机构中传动装置以及图像采集时序设计,完成加工装调后系统重量52kg,扫描装置运转平稳,光机设计结果均达到设计要求。     

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。     

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。     

基于ZEMAX的1300万像素手机镜头

为了满足市场对高像素手机镜头的需求,结合光学设计和非球面理论,利用ZEMAX光学设计软件,设计了一款1300万像素的手机镜头。该手机镜头由4片非球面塑料镜片、1片滤光镜和1片保护玻璃组成,镜头光圈值为2.8,视场角为76°,有效焦距为4.4mm,后焦距为0.58mm,镜头总长为5.6mm。中心视场处的MTF值大于0.5,且畸变小于1.8%,成像效果良好,满足使用要求。     

非球面折反射全景成像系统设计

介绍了折反射全景成像的工作原理,给出了折反射全景成像系统尺寸的计算方法,还对单视点成像系统做了理论分析与优化设计。由于折反射全景成像系统产生的畸变较大,因此可以通过设计反射镜的面型有效地控制系统的畸变量。利用Zemax软件进行仿真,设计了一款以高阶非球面为反射镜的全景镜头,有效矫正了系统的像差,同时畸变率也下降在50%以下,最后对光学系统进行了像质评价。该系统的视场角为360°×(-50°～15°),探测器的频率在120p/mm处以内的MTF均在0.2范围内,非常适用于视频监控和安防领域中。     

曲面多探头内窥镜光学系统设计

随着微创手术在医学领域的广泛应用,对内窥镜技术提出了更高要求。目前,由于内窥镜的成像视场小,因此对宽视场内窥镜的需求越来越迫切。设计一种曲面多探头光学系统,依据曲面复眼光学原理设计单个探头镜头,并通过阵列方式实现宽视场。结合转像系统,使曲面多探头成平面像,实现测试。根据成像要求,设计的光学系统全视场为135°,在空间频率为166 lp/mm处全视场MTF值大于0.5,满足使用要求。公差分析结果表明该设计结果具有较好的鲁棒性,易于加工装调,该技术成果在内窥镜测试领域具有广阔的应用前景。     

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.     

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。     

机器视觉大视场宽景深光学系统设计

为满足机器视觉中大视场非接触精密检测的需求,实现复杂零件表面在线实时检测,设计了双远心大视场宽景深光学系统,该系统工作距离为200mm、最大视场可达180mm、景深80mm、视放大倍率Γ=16x,可实现对待检产品的三维成像,消除测量误差。通过优化设计后该系统的最大畸变小于0.05%,调制传递函数在全视场150lp/mm处MTF大于0.3,远心度最大值控制在0.1°内,很好的校正了色差、球差、场曲和畸变,像质优良,达到了机器视觉光学镜头的使用需求。     

小视场红外探头标定用离轴反射式平行光管设计

基于红外探头视场的标定原理和技术,设计了一种技术指标为焦距f=800mm、有效口径D=160mm、工作波段14～16μm、视场0.1°、准直精度30"的平行光管,光管采用离轴反射式系统,该系统由离轴抛物面反射镜和平面反射镜组成,其具有传输能量大、无色差、中心无遮拦的特点。设计结果表明,成像质量良好,满足系统的技术要求。     

变焦电子腹腔镜物镜光学系统的设计

医用内窥镜在现代医学中的应用越来越广泛,为了使医生在临床检查的时候能够更好的观察病灶图像,设计一种可以实现变焦的电子腹腔镜物镜的光学系统,可以对病灶图像进行原位放大观察。以高斯变焦公式为基础,利用ZEMAX软件模拟设计了一个变焦物镜的光学系统,当视场范围在24°~64°,焦距在5mm~15mm三倍变焦,成像大小保持在6mm左右。传递函数设定在40线对时,其传递函数(MTF)要满足≥0.6,点列图弥散斑直径≤0.05mm。设计具有大视场,镜片数少,结构简单等特点,可以对病灶图像进行放大,具有较高的实际应用价值。     

基于汽车后视系统的短焦距超广角镜头光学设计

充分考虑了鱼眼镜头的特点,设计了一款应用于汽车后视系统的短焦距超广角镜头。系统焦距3.2mm,F数为2.0,全视场角179°,系统总长17.5mm。采用6片式结构,所有镜片均为球面未采用非球面,大大降低了成本,并对各像差曲线进行了分析,全视场MTF值在100lp/mm达到0.5以上,系统结构简单紧凑,像质优良。     

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。     

中波红外摄远物镜设计

红外摄远光学系统具有系统长度小于焦距的特点,这样在同一焦距下摄远型光学系系统的体积、重量、成本要比非摄远型大大降低。针对Selex公司的MW/LW CCD红外探测器,利用ZEMAX光学设计软件设计了一款工作波段为3~5μm的红外摄远物镜,此系统焦距300mm,摄远比达到0.8,F数为3。在截止频率为17lp/mm时,各视场调制传递函数达到0.7以上,基本接近衍射受限。各视场点列图均方根半径均远小于艾里斑半径,系统具有良好的成像质量。系统结构紧凑,性价比高,满足了光学系统的设计要求。     

用于多光谱辐射测温的VNIR波段变焦镜头设计

采用多光谱辐射测温法对火工品燃烧温度进行检测时,要求热辐射系统同时能够成像,针对此要求对系统进行了设计。从测量参数约束出发,对变焦镜头主要参数、变焦方程以及各组元的基本参数进行了计算。依据变焦原理与变焦方程编写MATLAB分析程序,以正切差、视场角、系统总长为约束条件,综合考虑光焦度分配,以寻求最佳的结构参数,设计的变焦镜头可实现400~1700nm波段图像信号的传输。最后采用ZEMAX软件,分别在可见光和近红外波段进行优化设计和像质分析。可见光波段在满足视场要求的情况下,其各点传递函数均不小于0.5@100lp/mm,满足移动精度的要求。     

工业双远心系统的设计

随着光学技术的快速发展,大多数产品都可以进行在线自动测量,而在线测量时,常由于采用的光学成像系统带来的误差而使测量精度达不到要求,所以提出了一种双远心光学系统,其具有高分辨率,超宽景深,低畸变等独特的光学特性。最终,根据系统的技术指标:物方线视场2y=60mm,工作距离100mm,接收器为2/3″CCD,设计出了一款双远心镜头,该系统包括7片球面透镜,畸变小于0.1%,远心度最大为0.013,当系统的空间频率最大为60lp/mm时,其MTF值大于0.5。该系统在使用较少镜片的情况下,像质依然达到了工业上的测量要求,性价比良好。     

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。     

双波段红外摄远物镜设计

红外双波段成像系统以其全天候环境适应和抗干扰能力,以及双波段信息量互补等特性,在科技以及军事领域获得了广泛应用。本文分析了红外光学系统的结构形式和红外材料的特性,应用ZEMAX光学软件设计了一个焦距为200mm,F数为3,2w=7．04。的双波段红外摄远物镜。利用像差平衡理论,在设计过程中通过非球面的使用解决了红外双波段摄远物镜的像差校正问题,极大地改善了成像质量。在截止频率为171p／mm时,长波红外各视场的MTF值均大于0．3,中波红外各视场的MTF值均大于0．5。系统结构紧凑、性价比高,满足了设计要求。