微透镜阵列扫描成像系统的衍射分析与研究

微透镜阵列是微光学元件典型器件之一,广泛的应用于光束整形、精密测量、光学成像等场景。本文研究了微透镜阵列扫描成像系统的工作机理,并重点分析了影响成像质量的光场衍射效应和杂散光串扰,完成了微透镜阵列扫描成像系统衍射效应的推导与仿真,揭示了衍射效应与焦距及子单元孔径之间的关系,为微透镜阵列扫描成像系统的实际应用提供了导向,并为微透镜阵列的光束控制应用提供理论支撑,为微透镜阵列的建模、设计等提供依据。     

一种折反二次成像式长波光学系统的杂散光抑制

讨论了一种折反二次成像式长波红外光学系统的杂散光抑制方法,该光学系统采用R-C反射式结构和二次成像光路,用于小型低成本红外成像制导系统。利用LightTools软件仿真找出光学系统中的主要杂散光来源和传输路径,结合仿真分析结果设计出了合适的机械拦光结构。然后在LightTools中建立了光学机械结构模型针对杂散光抑制进行了迭代设计,并对杂散光抑制效果进行了仿真验证。设计的光学系统加工、装配完成后进行了太阳杂散光抑制试验,仿真和试验结果表明:太阳夹角7以外不存在杂散光干扰,可以满足系统杂光抑制要求。     

专利

散光矫正软性接触镜本实用新型是一种用于高度散光矫正的非托力克软性接触镜.该镜利用呈三角分布的穿通性微孔维持接触镜片与角膜之间的液体透镜,产生“托力克液体透镜”效应,从而有效地矫正高度角膜散光.(中国专利号;94207810.1)裁片照相设备本实用新型是一种裁片照相设备,采用裁缩现行胶片和与之相适应的照相机,从而使摄影既节约又轻便,其结构简单,不需另行生产胶片.     

2019中科院光学系列专项培训光学设计高级讲习班(第十六届)

<正>2019年10月13日-18日中科院上海光机所一、光机系统设计和光学加工光学系统的基本要求高斯光学初级像差理论光学系统的结构像质评价杂散光二、光学设计实例光学系统设计实例重点演示的光学系统包括单透镜、双胶合透镜、非球面单透镜、非球面双胶合透镜、多重结构激     

基于椭圆抛物面的近视散光矫正模型的研究

针对人眼角膜地形的多样性,本文采用了椭圆抛物面对近视散光角膜表面建模,以此建立了近视散光矫正的模型,定量地分析了近视散光度数以及术区直径和最大切削深度的关系,对本文的模型与圆环面假设的近视矫正模型比较发现,在相同的近视散光度数度和术区情况下,本模型所需要的矫正量更小,适用于切削量大的高度近视散光的矫正.将该模型应用于小光斑准分子激光眼科治疗机,经过PMMA试验验证,本文给出的治疗模型能有效地矫正近视散光.     

激光辐照3CCD规则分布亮点的研究

为了研究激光辐照3CCD,除观察到主光斑、衍射光芒外,主光斑附近呈现规则分布的亮点。采用傅里叶光学的成像原理,通过数值计算的方法,得到了激光对3CCD的干扰效果模拟图,数值模拟的研究结果与实验现象基本一致。结果表明,主光斑附近规则分布的亮点并不是由杂散光引起的,而是激光辐照六边形光阑,在透镜组焦平面所成的频谱分布。     

考虑杂散光影响的天基光学观测图像仿真算法

针对天基光学观测过程中存在杂散光干扰成像的问题,提出一种受杂散光影响的天基光学观测图像的仿真算法。首先通过分析天基光学观测图像的成像原理来设计天基光学观测图像的仿真流程,并给出各流程的计算方法。接着分析地气光干扰成像的原理,建立地气光成像仿真的数学模型,采用微元法实现地气光的成像仿真。最后阐述月光干扰成像的原理,建立月光成像仿真的数学模型,采用扩展截取法实现月光的成像仿真。仿真结果表明,采用所提算法仿真图像,图像的逼真度较高,而且较真实地实现杂散光的成像仿真,并且通过相关文献证明所提算法的正确性与合理性。     

基于VC++透镜成像系统的实现

透镜成像是几何光学的基本内容,透镜成像的光学性质与它的焦距和主点的位置有关。由物求像常用方法有解析法与图解法。为了更好的理解与掌握透镜成像的原理与方法,利用VC++编程实现了透镜成像系统。此系统不但直观地展现了正负透镜在不同焦距、不同物距下的成像,还给出了像距、放大倍数及像的性质等主要数据。此系统操作简单方便,可用于透镜成像的数据处理及教学演示中。     

共光路红外双波段小型化光学镜头分析与设计

针对中长波共光路小型化光学系统设计需求,建立了基于高斯光学与初级像差理论且尺寸受限下的二次成像结构光学指标分配模型。主镜因其边缘光线高度高和承担的光焦度小,其球差、色差和二级光谱是该系统像差的主要来源,为矫正二级光谱,可使用“-、+、-”结构形式的高、中、低相对色散材料的透镜组合作为主镜结构,此时主镜的残余像差较小,采用场镜降低中继镜组光线高度以及非球面矫正球差等方法平衡主镜残余像差。最后开展实例设计,对提出的小型化设计思想进行验证,设计了中波波长3.7～4.8μm、长波波长7.7～9.5μm的共光路双波红外小型光学系统,总长不大于135 mm,结构小巧紧凑,光学传函接近衍射极限,工作温度范围-40～60℃,且对温度不敏感。实现了基于二次成像结构光学指标分配模型的中长波共光路小型化光学系统分析及设计,满足中长波共光路小型化光学系统需求。     

宽波段光谱成像系统杂散光分析及抑制

宽波段光谱成像系统(0.4～1.7μm)在食品检测、农业生产、医学分析、刑事侦查等领域有广泛需求，光栅因其具有高色散本领和高环境稳定性的特点，成为宽波段光谱成像系统主流分光元件，但采用光栅分光的光谱成像系统存在多级次衍射光谱互相串扰问题，严重影响仪器的探测能力，为了得到准确的光谱信息，需对其进行有效的抑制。文中利用Tracepro光学分析软件对宽波段光谱成像系统的多级次衍射杂散光进行仿真分析，发展了利用分区域滤光片和线性渐变带通滤光片来抑制多级衍射杂散光的方法，并分析比较了它们对多级衍射杂散光的抑制效果。仿真分析结果表明：线性渐变带通滤光片能够有效地抑制多级次衍射带来的杂散光，光谱成像系统杂散光系数降低至10-4量级，满足宽波段光谱成像系统对杂散光抑制要求。     

基于轴向移动柱面-泽尼克校正元件的动态像差校正技术

椭球形窗口光学系统最显著的特点在于其依赖扫描视场的动态像差变化特性,像散和彗差成为影响光学系统成像质量的主要因素,其中像散的影响最为突出。为解决这一难题,结合柱面透镜和泽尼克位相板的特点,提出了一种新颖的动态像差校正方法,即柱面-泽尼克元件校正方法,此元件的外表面为一对母线互相垂直的圆柱面,对应的两个内表面为泽尼克边缘矢高表面。该方法随扫描视场的变化实时地调整一对柱面-泽尼克校正元件间距以实现椭球形窗口引入像差的动态校正。突破了固定校正元件无法实现超大扫描视场的瓶颈。设计实例中成像光学系统实现了±55°扫描视场,各扫描视场像散和彗差的泽尼克像差系数P-V值校正到了±0.8个波长以内,椭球形窗口光学系统的成像质量得到了明显的提高。     

校正半导体激光束像散的波像差方法

利用波像差方法研究半导体激光束的传输变换特性,推导出用于校正半导体激光束像散的柱面透镜的正确设计公式。     

基于非均匀棱镜阵列的三维集成成像视角增强方法

针对传统集成成像系统视角受限于单元透镜尺寸及其焦长的问题,提出了一种基于非均匀棱镜阵列的三维集成成像视角增强方法。以传统集成成像重构显示原理为基础,借助于非均匀棱镜阵列对重构光线的偏转作用,设计了显示透镜阵列和非均匀棱镜阵列组合的立体显示模式。依据集成成像的三维重构显示原理,利用光线追迹理论,导出了非均匀棱镜阵列的结构参数和集成成像系统视角之间的关系模型。仿真实验表明,基于非均匀棱镜阵列的集成成像系统视角比传统集成成像系统有了显著提高。     

大功率半导体激光器二元光学消像散准直器件设计

半导体激光器发出的光束具有较大的发散角且存在像散,严重影响了其应用。基于对半导体激光器远场分布的准确了解,提出了一种二元光学消像散准直器件的设计方法,并给出了详细的设计原理及过程。依据已知光束等相位面的具体分布（光束的像散因子也包含在其中）,可得到二元光学器件的相位分布,使光束经过此二元光学器件后,等相位面成为平面,达到了准直、消像散的目的。此方法简单、直观,具有很高的准确性和可行性。所得二元光学器件表面具有多位相的浮雕结构。     

空间光学系统无热化设计

在空间光学系统无热化设计时,需要考虑机械结构的热性能对系统热稳定性的贡献,满足系统总光焦度和消热差、消色差要求,解出各光学组元的光焦度,再在保持光焦度不变条件下进行像差平衡。本文以成像光谱仪为例,对反射系统进行了热分析,对折射系统介绍了无热化设计的原理和方法,并给出了设计结果。     

宽谱段消像散Czerny-Turner光谱仪光学系统设计

针对光谱仪小型化、高分辨率的发展趋势,设计了一种结构简单、宽谱段、消像散的小型光谱仪。具体分析了折叠光路Czerny-Turner光谱仪各种像差的原理和校正方法。推导了柱透镜宽谱段消像散的理论方程。作为实例,设计了一款谱段为300～900nm、物方数值孔径0.08的小型光谱仪。该光谱仪采用折叠光路结构以减小尺寸,添加柱透镜以消除整个谱段的像散。结果表明:该光谱仪结构简单紧凑,体积小,实现了宽谱段的消像散,全谱段光谱分辨率优于0.5nm。     

光轴一致性误差对空间透射式系统像差和质量的影响

应用于空间光学的高精度透射式系统对光学装调有着严格的要求,微小的光轴一致性误差都将严重影响系统质量。介绍了一种通过像差分析和仿真预估指导光轴一致性装调的方法。以应用于空间光学的大口径长焦距透射式镜头为例,计算光轴一致性误差的像差特性。首先给出了光学元件偏心与系统像散、彗差以及球差的关系。然后详细分析了各不同透镜像差贡献的差异,分别计算了各元件偏心和倾斜对系统像散和彗差的影响。利用波前均方根(RMS)和光学传递函数(MTF)作为评价函数,得出各个分离透镜偏心误差对不同像差和系统成像质量的影响权重。最后在实验上对该方法进行验证,光学系统装调后实测结果满足像质要求。该方法能够为实际光学装调提供必要的参考,为高精度透射式光学系统的光轴一致性误差调整提供依据。     

Compact auto-stereoscopic display based on directional backlight using side-glowing polymer optical fiber array

A compact directional backlight module of time-multiplexed auto-stereoscopic display based on side-glowing polymer optical fiber (SGPOF) is proposed. The optical system is mainly composed of SGPOF array and cylindrical lens array. Spatial crosstalk is reduced by inserting a grating film as multi-slit diaphragm between the SGPOF array and the cylindrical lens array. A theoretical model is constructed based on the imaging optics principle of the off-axis ray. In the experiments, the cylindrical lens array concentrates a small number of views on three different view zones, the display can provide high luminance. The measurement results show that the luminance uniformity of the backlight module is up to 89.6%, and in the viewing zone the crosstalk is lower than 10%. The backlight module is compacted that the thickness being only 7 mm. The full-resolution and low-crosstalk 3D images are realized by using SGPOF backlight.     

带像差补偿的光盘像散自动调焦透镜设计

对光盘光学头检测光路中广泛使用的光学平板所引入的光学像差进行分析计算,并由 此设计了一种放置于光盘光学头检测光路中的用以产生聚焦误差信号的像散透镜。它不但可以产生正常的调焦误差信号,同时还可以补偿由斜放入检测光路中的光学平板所带来的光学像差。经过实际应用,证明这种结构完全能够满足高密度光盘光学头的技术要求。     

小型线性差动变焦距物镜设计

报导一种用于内镜图象显示仪的小型ＣＣＤ线性差动变焦距物镜。介绍变焦物镜的高斯光学计算，象差校正原理，给出变焦物 镜的象质评价结果。