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.     

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。     

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.     

微光夜视仪中物镜光学系统的小型优化设计

为改善传统球面微光夜视系统结构复杂、镜片数较多的特点,将衍射光学元件引入传统球面物镜中,在符合成像质量要求的情况下,设计出一套用于微光夜视仪的折/衍混合物镜光学系统.该物镜视场为40°,相对孔径为1/1.19,包含三个衍射面,并将传统球面系统透镜数减少了2～3片,仅由5片组成,在空间频率为40 lp/mm时,轴上传递函数可达0.89,轴外可达0.43.     

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OLED数字化白光零位仪的双远心投影物镜

为了实现瞄准镜的瞄准基线变化量在大范围下的高分辨检测,设计一种双远心光路的投影物镜。投影物镜将大靶面、高像素OLED成像在准直物镜的焦面上,经准直物镜后形成无穷远目标,该目标进入被测瞄准镜后成像在瞄准镜的分划板上,通过调节OLED电子分划来实现被测瞄准镜瞄准基线的测量。双远心光路采用准对称的结构以及对称变换设计方法,用Zemax软件对光学系统进行仿真和优化,达到了大视场(物方线视场2y=120mm)、长工作距离(物距达到500mm)、低畸变(全视场畸变低于0.1%)、高分辨率(全视场100lp/mm处MTF大于0.3,且点列图弥散斑直径小于8μm)、大景深(景深大于30mm)、和双远心(物方和像方远心度均小于0.1)的设计要求。系统成像质量良好,设计参数和指标满足光路衔接原则。     

水下专用成像物镜的设计

随着水下摄影的广泛运用,对大视场大相对孔径的成像物镜的需求也显得极其迫切,而目前国内外报道的水下成像物镜还不具备此特点。因此本文分析了大视场大相对孔径水下专用水下成像物镜的设计特点,运用ZEMAX软件进行模拟优化,得到了相对孔径为1/1.6,水下全视场72°,焦距8.96mm,光谱响应范围436～656nm,采用平行水密壳窗的水下专用摄影物镜。全视场MTF在空间频率46 lp/mm时高于0.3,在半径为10.8μm的圆内,能量集中度为80%,全视场畸变小于2%。能够满足深水微光摄影物镜对大视场、大相对孔径的需求。     

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。     

多路分光星载激光雷达接收光学系统设计

设计了大口径星载激光雷达望远接收光学系统.采用离轴三反作为望远物镜,其初始结构通过计算获得,有效焦距为1000 mm,F数为1,离轴优化后各视场点列图RMS半径最大仅为18.691μm,符合设计要求.基于叶绿素获取等多种应用的需求,设计其后的准直系统焦距为50 mm,光束口径为48 mm,经由7路分光光路接收并分别成像于各自的单元探测器上.每支光路焦面接收的光斑均不超过93.992μm,小于单元探测器的接收面元1 mm×1 mm,具有较好的光能接收率.整套光学系统三维尺寸为1000 mm×1150 mm×1300 mm,其布局合理,空间利用率高,对星载激光雷达的研制具有一定的参考价值.     

AMOLED头盔显示器光学系统设计及视空间评价

基于投影式物镜,采用新型AMOLED图像源,引入折射/衍射混合结构,通过系统优化,得到一款3片投影式头盔显示器光学系统.该系统采用0.61英寸AMOLED微显示器,视场为45°,质量为1.35 g,直径为11.32 mm,分辨率满足SVGA显示模式,实现了头盔系统的超轻小设计.通过理想透镜焦距变化模拟人眼调节,对其MTF(调制传递函数)进行了精确的视空间评价,评价结果显示:对于3 mm瞳孔,该系统中心视场的MTF在0.5 cycles/arc min处为0.41,远夫于AIM(视网膜空间像调制度)曲线的值     

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。     

“日盲”紫外信号目标模拟器光学系统设计

"日盲"紫外探测系统由于工作在日盲区,具有独特的探测优势,在民用和军事领域都得到了广泛的关注和应用。完成了"日盲"紫外信号目标模拟器光学系统的研究和优化设计。基于"日盲"紫外光谱特性,研究目标模拟器的设计的工作原理和设计方法,给出了"日盲"紫外信号目标模拟器的光学系统设计和像差评价。设计完成了一款焦距500mm、相对孔径1/10、波段0.24μm~0.28μm、视场角2°的"日盲"紫外信号目标模拟器系统。系统共采用了4片球面透镜,由两种紫外光学材料组成,光学系统总长540mm,光学传递函数在37lp/mm时大于0.7,畸变小于0.005%,具有成像质量好、结构简单紧凑的优点和很高的应用价值。     

双激光生物芯片分析仪扫描物镜设计

描述了一种用于生物芯片分析仪的像方远心f-theta扫描物镜.通过对物镜像差参数要求的分析，
选择初始结构，利用ZEMAX进行了光学系统的优化， 给出了数值孔径0.17，焦距40 mm，总长140 mm的f-
theta物镜设计结果的光路图和芯片荧光测试实验结果.f-theta物镜用于生物芯片分析的扫描系统在100
lp/mm的调制传递函数（MTF）在0.35以上，f-theta畸变量控制在0.13%以内，在整个视场内具有高荧光激
发和收集效率，分辨率可以达到10 μm，一块芯片的测试时间可以在200 s以下.     

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。     

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。     

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。     

复曲面镜抛光工艺技术研究

针对Rx为250.7mm,Ry为165.7mm的复曲面透镜,进行了数控研磨和抛光技术研究,给出了批量生产的加工工艺流程,实现了复曲面元件的快速、确定性抛光。通过对复曲面加工的研究,在抛光中对其面型误差进行反馈补偿。最终加工的面型精度小于0.158μm （λ/4）,半径公差控制在±0.5mm以内,满足了光学系统中对复曲面元件的要求,并且在保证有较高面型精度和较好表面光洁度的同时,解决了复曲面镜的边缘效应和中心厚度难以控制等加工技术问题。