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。     

高清内窥镜适配器光学系统设计

内窥镜适配器是内窥镜目镜与CCD成像系统之间的转接系统,主要应用在现代医用微创手术中。针对高清内窥镜适配器,使用ZEMAX软件优化设计其光学系统。参数要求为:入瞳直径为4mm,全视场角为15°,焦距为53mm。该内窥镜适配器结构为8组10片式,使用1英寸CCD传感器,像元尺寸为5.5μm。系统优化后,调制传递函数(MTF)在90lp/mm达到0.15,畸变小于0.2%,系统总长为73.7mm。说明该设计结果满足系统要求。实现了系统焦距较长,总长较短的光学特性。能够使内窥镜目镜与CCD之间完成较好的转接。     

长出瞳距动态星模拟器投影光学系统设计

星模拟器可仿真生成星场图像,是星敏感器的重要地面标定设备.为满足半实物仿真测试需求,星模拟器需要安装于五轴运动转台上,为保其出瞳与待检设备入瞳衔接,利用ZEMAX软件设计并优化了具有超长出瞳距的投影镜头,其设计结果为:出瞳距1250 mm,焦距300.85 mm.投影系统的序列光线追迹结果表明:畸变小于1％,各视场53 lp/mm处的MTF值优于0.4903,接近衍射极限曲线.最后对星模拟器的星间角距误差进行计算和实验验证,计算结果表明,长出瞳距动态星模拟器的理论误差精度为8″;利用徕卡经纬仪6100A对星模拟器进行实际测试,结果表明星间角距误差优于13″,满足动态星模拟器的技术指标要求.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

丽台头戴显示器

台湾丽台科技公司推出的头戴显示器-Xeye，是一款重量仅115克的轻巧携带型眼镜。该头戴显示器具有高质感的银灰色机体及墨色镜片、流线的造型，耗电量低、画质完美，可提供瞳距与焦距及明亮度等调整功能，符合人体工学设计。该头戴显示器还有完整兼容的输入接口与外围设备连接能力，使用者可轻松配戴和享用。     

激光热度仪光学系统设计

激光测温具有测量精度高、响应速度快、非接触、远距离测量的特点,在工农业生产、科学实验等领域得到了广泛应用。本文设计了一种三通道激光测温光学系统,系统由激光指示、红外接收和成像光学系统三部分组成,光学转像系统采用三通道斜方棱镜系统具有结构紧凑、重量轻、体积小等优点。光学系统参数为：成像系统入瞳直径D=16mm,焦距f’=35mm,视场角2ω=3°;三通道斜方棱镜转像系统长90ram,宽30mm;激光器工作波段532nm。     

LCOS头盔微显示器光学系统设计

二元衍射光学元件作为一种成像元件具有任意相位分布、特殊色散、平像场、温度稳定等性质,同折射元件相结合可以实现许多传统成像光学不能达到的目标.本文设计一个用于0.56″LCOS头盔显示器的光学系统.该系统由三片折射透镜和一个二元衍射面构成,具有10 mm出瞳直径和20 mm眼点距.同传统光学系统相比较,该折/衍混合系统具有更长的工作距离和更好的成像质量,中心视场在35 lp/mm处的传递函数值大于0.4.     

基于DMD的红外双波段景象投影光学系统设计

描述了基于数字微镜器件(DMD)的动态红外景象投影系统的基本原理,设计了一种准直投影光学系统.此光学系统采用透射式,工作在(3~5)μm和(8~12)μm双红外波段,焦距为480 mm,相对孔径为1∶3.2,半视场角为1.3°,入瞳距为240 mm.最后对设计结果进行了分析,给出系统的调制传递函数曲线,表明光学系统的像质满足使用要求.     

焊接机器人光电跟踪CCD传感系统的优化设计

根据焊接机器人光电跟踪的原理和要求,设计了一种基于线阵CCD的光电跟踪系统。通过对跟踪系统光路、CCD的分析以及结构的研究,研制出的光电跟踪系统分辨率为0．05mm视场角为38．5°,动态检测精度可达0．06mm。实验结果表明：该光电跟踪系统实时性好,并且可以避免焊接时弧光的干扰,能够满足多层、多道焊接时的工艺要求。     

制冷红外双波段变焦光学系统设计

设计了一组制冷型红外双波段变焦系统,焦距在80～240 mm内变化,视场角1.4°～4.4°,F数为2.2。系统利用二次成像方式,达到了100%冷光阑效率,并采用共光路成像方式同时实现对中长波段的像差校正。设计结果表明:系统满足了3.7～4.8μm中波波段及7.7～10.3μm长波波段同时成像的要求。各视场MTF在17 lp/mm处均接近系统衍射极限,弥散斑均方根半径基本小于一个像元尺寸30μm,成像质量良好。通过机械补偿变焦运动方程计算和Matlab编程绘制出了变焦系统的凸轮曲线,曲线不存在断点,运动过程合理。     

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.     

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。     

基于太赫兹波段的三反变焦系统设计

太赫兹波段是指频率从0.1～10 THz,处于微波与红外波段之间.因其具有较强的穿透性、高效抑制背景噪声、良好的时间和空间相干性等特性,故在空间探测应用领域具有很大的潜力.相对透射变焦系统而言,反射变焦系统具有长焦距、大孔径、小体积、利于轻量化设计等优点,故在空间遥感探测领域被广泛使用.因此,设计太赫兹反射式变焦光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景.以三级像差理论和矢量像差理论为基础,分别设计了太赫兹波段的共轴三反变焦系统与无遮拦三反变焦系统,焦距范围为300～1200 mm,成像波段为18～35μm,采用RTM-T01非制冷型太赫兹探测器.共轴三反变焦系统的视场角为0.3°～1.2°,系统在10 lp/mm处的MTF≥0.2;无遮拦三反变焦系统的视场角为2° ×2°～0.5° ×0.5°,系统在10 lp/mm处的MTF≥0.3.通过对两种设计结果的比较,可知由于共轴系统反射变焦系统存在遮拦,对增大视场具有局限性,因此,无遮拦反射变焦系统对于空间大视场高分辨探测具有重要应用价值.     

大视场角1/4对称膜系偏光分束镜的研究

为了增大薄膜偏光分束镜(PBS)的视场角,从对称膜系等效折射率公式和截止带理论出发,设计了对称膜系结构的大视场角PBS。利用电子枪蒸镀法制备了低高低折射率(LHL)膜系结构的PBS,利用UV3101-PC分光光度计测量了PBS在不同入射角下的透射分光光谱,通过消光比测试系统测量了PBS反射光和透射光的消光比。结果表明,偏光分光光谱随入射角变化不明显,在视场角范围内具有较好的消光比(10-3量级),实验结果与理论设计一致。由此可见,利用周期性对称膜系设计大视场角薄膜PBS是完全可行的,为研制大视场角薄膜PBS提供了新的设计方法。     

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。     

小型静态星模拟器光学系统设计

介绍了静态星模拟器的工作原理,对光学系统的参数进行了分析,提出了一个大视场小型静态星模拟器准直物镜光学系统设计方案.系统选用七片透镜进行设计,有效孔径为25mm,其焦距为60.01mm,视场角为28.3°.像质分析表明,此光学系统能够满足设计要求.