大视场高分辨率光学检查镜的设计和检测

设计具有大视场、高分辨率和微小畸变特点的工业检查用光学镜头.将检查物镜的设计与照明系统相结合,利用ZEMAX光学设计软件,对照明系统和成像系统整体进行像差校正和优化设计,利用照明的匹配、明视野和暗视野的变化来改变和提高物镜的实用分辨率.设计了具有上述特点的2.35倍光学镜头,对设计好的镜头进行公差分析、外部机械结构设计,并最终完成装校.搭建调制传递函数(MTF)测试系统,对装校后的镜头进行成像质量检验,测试结果显示,实测MTF值达到理论设计值的80%以上.     

大视场双远心工业镜头光学系统设计

为解决某航空异型零件的检测问题,文中以反远距系统为初始结构,运用光学设计软件ZEMAX设计了一款小畸变、高分辨率、大视场及结构简单的双远心物镜.系统采用近似对称结构自动校正垂轴像差,通过厚透镜校正场曲,利用薄透镜弯曲校正球差,改变两块厚透镜之间的距离校正像散,对光学系统进行了优化,以点列图、场曲畸变图等像差曲线及调制传递函数(MTF)曲线等为依据对镜头成像质量进行了评价.结果表明:设计的双远心工业镜头由7片透镜组成,在工作距离为100mm,F数为8,设计波长为可见波长,物方线视场为60mm,2/3inch CCD (8.8mm×6.6mm)为接收器件的条件下得到了放大倍率β为-0.18,畸变小于0.1%,远心度优于0.12°,调制传递函数(MTF)曲线在空间频率为60lp·mm~(-1)时,MTF值皆大于0.55的双远心光学系统,满足了系统设计要求.     

红外双层衍射光学元件衍射效率研究

红外衍射光学系统中衍射元件的设计波长直接影响光学系统的衍射效率.介绍了常见的三种红外材料,利用整个波段(3~14μm)衍射效率的平均值作为评价红外双波段衍射效率的因子,分别模拟了三种不同材料组合下,561种设计波长组合的平均衍射效率.结果得出:三种材料的不同组合,在与之相对应的设计波长下,其衍射效率平均值均可达到96%以上.设计了含有双层衍射元件的中远红外光学系统:入瞳直径EPD=33mm,视场2ω=9.2°,焦距f′=50mm,中波红外的传递函数(MTF)在40lp/mm所有视场达到0.6,长波红外在40lp/mm所有视场达到0.2.     

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。     

超薄高清手机镜头光学系统设计

现代生活中,手机已经成为了人们生活中必不可少的一部分,照相功能作为手机的基本功能也越来越受到消费者的关注。市场上用户已经把手机性能的选择照相指标作为首位;高像素实用型照相手机已经成为广大消费者竞相首选的对象,因此,设计一款高像素轻薄型手机镜头具有重要的现实意义。围绕焦距是3.5mm手机镜头光学系统进行设计,首先介绍了手机镜头的发展趋势,研究目的、意义以及光学镜头设计的参数要求。介绍了手机镜头的相关知识、同时也研究了作为手机镜头的光学系统初始结构的特点及类型等。设计了焦距是3.5mm手机镜头,系统尺寸紧凑4.149mm;传递函数在中频223lp/mm处MTF≥0.4,在高频446lp/mm处MTF≥0.1,场曲小于0.1mm、畸变小于1%。通过对所设计的手机镜头光学系统的公差分析,结果表明公差合理。     

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。     

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。     

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。     

基于TFT-LCD的动态星模拟器光学系统设计

设计了一种视场28°、相对孔径/=1.7和焦距=60.636mm的动态星模拟器光学系统。通过分析像质,MTF数在空间频率为50lp/mm时达到了0.4,最大畸变为0.175%,此动态星模拟器的光学系统完全满足设计要求。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。