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。     

双波段内窥镜变焦适配器光学设计

目前内窥镜适配器多为定焦结构,只能对一些特定类型与波段的内窥镜系统进行成像,适用广泛性低,不便于内窥镜的清洗与更换.为了解决上述问题,以更宽的光谱范围、可变的光学焦距来提高适配器的适用广泛性,实现内窥镜适配器一对多的运用.使用ZEMAX优化设计得到了一款四组10片式双波段变焦适配器,变焦范围20～50 mm,入瞳直径5 mm,全视场6.8°,波段选用0.45～0.68μm波段以及常用的荧光波段0.81～0.85μm.系统优化后,调制传递函数在133 lp/mm达到0.2,总长为80 mm,并通过MATLAB拟合出变焦凸轮曲线,总体设计满足实际运用需求.     

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。     

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。     

一次性口腔内窥镜光学系统设计

为了避免口腔内窥镜由于消毒不彻底造成的交叉感染问题,实现一次性口腔内窥镜的运用普及,设计了一款低成本、高成像质量的一次性口腔内窥镜,该口腔内窥镜焦距3.3 mm,F数为5.6,全视场62°,可见光波段成像,同时具有90°视向角方便口腔内部观察.通过在ZEMAX中优化设计,最终得到由1片玻璃透镜和5片塑料透镜构成的一次性口腔内窥镜,该内窥镜所有镜片均为球面镜,系统总长39.7 mm,光学传递函数在178 lp/mm大于0.2,接近衍射极限成像优良,总体设计满足实际运用需求.     

环带式全景光学系统的小型化设计

为了获得大视场的管道内壁全景成像,基于平面圆柱投影法,设计了一种可用于周视的环带式全景镜头。系统由三胶合PAL镜头和中继镜组构成,通过设置PAL镜头中心光阑的方式进行设计;大视场光线通过PAL镜头的反射和折射后,出射光成为近轴光线,中继镜组再将PAL镜头所成的虚像成像到探测器上。设计结果为:系统焦距为-1.75mm,F数为2.16,视场为(±40°~±95°)×360°,系统工作波段为486nm~656nm,总长为16.2mm。满足设计要求,系统长度小于20mm,实现小型化系统设计。系统各视场传递函数值在空间频率为227lp/mm时均大于0.4,成像质量良好,满足使用要求。     

基于偏振技术的水下探测器光学系统设计

为了实现探测水下物体并区分材质的需求,研制了一套水下激光偏振探测设备,并设计出光学系统。偏振度是通过光学方法区分物体材质的重要参数之一,只要已知被测物体反射光的Stokes矢量,就可以求出偏振度。光学系统中共有两种方法来实现对Stokes矢量的测量:在焦面放置光电二极管直接测光强,或者放置CCD成像,通过分析图像灰度值得出光强信息。结合技术指标,在Zemax软件中运用小像差互补原理,优化设计了具有良好成像质量的光学系统。设计结果为焦距109.9mm,视场为5.2°,F数达到2.1,满足光学系统指标要求并且可以实现高精度的测量。系统仅使用5片球面透镜,结构简单紧凑,易于加工制造。将该光学设备加工出来,进行了简单的实验,证明了该光学系统的可行性。     

高精度静态星模拟器光学系统设计

为了实现对高精度星敏感器的地面测试,设计了一种高精度的静态星模拟器,要求星模拟器星间角距精度优于20″。采用激光直写技术刻划星点分划板,刻划精度优于1μm。结合系统的技术指标,通过ZEMAX软件设计了具有良好成像质量的准直光学系统。设计的准直光学系统有效通光口径为80mm,系统焦距为500mm,光谱范围为480~900nm,全视场9.2°内畸变小于0.02%,MTF接近衍射极限。提出用经纬仪对系统进行实际检测的方法,以及理论星间角距和实际星间角距的计算公式。     

坦克瞄准精度测量系统设计与精度分析

针对坦克火控系统的瞄准精度的检校需求,设计了一套坦克瞄准线与坦克火炮轴线之间平行度误差的测量装置~[1]。采用准直激光光束模拟坦克瞄准线和火炮轴线,利用CCD摄像系统结合MATLAB图像处理技术对靶面图像进行采集,进而对激光光斑质心进行提取。根据两次测量所得到的质心位置坐标间距之差,计算出两轴线在水平方向和铅垂方向上的位置偏移量,实现对坦克火控系统瞄准误差的检测。结果表明,该系统的测量精度小于0.07mil,满足实际检测的需要。     

目视医用硬性内窥镜光学系统初始结构设计

本文系统的阐述了目视医用硬性内窥镜光学系统初始结构设计,讨论了内窥镜光学系统的成像原理,硬性内窥镜物镜、转像系统以及目镜的一般结构考虑,结合视放大率公式,计算了一种腹腔镜的物镜、目镜以及转像系统的外形尺寸,并给出了该腹腔镜的设计结果。     

医用电子宫腔镜光学成像系统设计

根据无麻醉宫腔病变诊断的需要,设计一个电子宫腔镜光学成像系统,可用于1/4英寸CCD宫腔镜成像。该系统视场角为80°,工作景深为15~150mm,放大倍率为26倍,组成系统所有透镜的口径均小于4.5mm。该系统畸变小于4%,能实现局部范围内病灶的低畸变高清晰图象放大,适用于无麻醉宫腔病变的诊断,为子宫恶性肿瘤的早期诊断提供可靠依据。     

校园网高清视频直播传输系统设计

为了在提高视频画面质量的同时不增加网络负载,根据学校网络结构的特点,分析数据在传输过程中的一些关键技术指标,采用多级软件组播的思想,提出一种具有并发能力强、实时性高、高清稳定的视频直播传输系统.该系统解决了节点加入与退出的管理,单点故障处理,跨校区分布式部署等问题,既能保证用户观看效果又能提升网络带宽的利用率.     

基于Cyclone FPGA实现的数据适配器系统级设计

数据适配器是数字通信系统的重要组成部分之一,用于数据源与数据集之间的数据交换,将数据从数据库读人数据集.然后将已更改的数据从数据集写回数据库.数据适配器重要功能之一是针对小同数据制式之间的转化.重点讨论了HDB3码与小归零码(NRZ码)之间的相互转换,并就以数据适配器为中心的数字通信系统,使用Quartus II软件进行设计与仿真,下载到GW48-PK2型EDA实验平台进行测试与验证.     

冶金行业大口径管道接管设计与分析

针对大口径管道设计时如果考虑不周,可能导致管道局部应力很高,进而导致管道在工作时事故风险增高甚至破裂的问题.从管道与接管的相交角度对管道应力、变形的影响,接管的大小与管道应力、变形间的关系2个方面进行分析,以供设计师设计管路时参考.     

改进型卡塞格林光学系统的设计

普通的卡塞格林光学系统,其主次镜分别由抛物面和双曲面组合而成,非球面镜的加工难度大、成本高,针对这些特点对卡塞格林光学系统进行了改进。改进型的卡塞格林光学系统与传统的卡塞格林光学系统对比具有加工难度小、成本低等特点,通过在系统最前面附加前校正组,使得主次镜可以由球面面型实现,通过在像面前设置后校正组使视场也得到了提高,与传统的卡塞格林光学系统20＇相比,它的视场可以拓宽到1.3°。系统设计结果通过传递函数与点列图的分析与衍射极限非常接近,为中等口径卡塞格林光学系统的设计提供了一个新的思考方法。     

红外投影系统光学被动无热化设计

针对红外成像系统的检测和评估需求,基于光学被动消热差原理,设计了一套用于中波红外仿真系统的投影系统。讨论了红外仿真系统所用投影光学系统的设计思想和设计方法,并对最终的成像效果进行了分析。该系统焦距为250mm,F/2.5,视场角为±2°,总系统长度500mm。依据二次成像系统的设计方法,实现了100%冷光阑效率,且其调制传递函数在17lp/mm处接近于衍射极限,能在-20℃~60℃范围内无需调焦便可保证成像的稳定性,具有分辨率高、均匀性好、可加工性强等优点。