含有圆孔平板电极结构的双凸液体透镜的设计与分析

基于平行平板电极的变焦液体透镜的有关研究,通过应用介电泳效应,提出了一种含有圆孔平板电极结构的双凸液体透镜模型,是一种新型的三层液体透镜结构.利用Comsol,Matlab和Zemax软件仿真分析了该模型在不同电压下的面型变化与成像光路,得出其变焦范围为22.6—15.9 mm,并对制备的器件进行具体的实验分析,获得了不同电压下双凸液体透镜的液滴上下界面面型和该透镜的变焦范围23.8—17.5 mm,与仿真结果基本一致,而且其成像分辨率可达到45.255 lp/mm.结果表明,所提出的这种新型三层液体结构的双凸液体透镜具有结构简单、易于实现的特点,而且具备良好的成像质量.

融合光学椭率判据的自由曲面望远镜设计方法

光学椭率是联系天文望远镜光学设计与暗物质探测科学目标的一项核心性能指标,然而目前还没有将椭率作为指标融入光学系统优化设计过程的完整方法。提出了一种融合光学椭率判据的自由曲面望远镜光学设计方法,依据椭率与彗差、像散等非旋转对称像差的关系,提出了椭率关联性较强的像差分量优先校正原则,开拓了主要离轴像差校正后通过MZDDE在评价函数中融入椭率判据的设计思想,结合离轴三反系统中像差节点与椭率节点在优化过程中的演变规律,建立了自由曲面面型Zernike项的优化策略。据此设计了离轴三反自由曲面天文望远镜,系统有效焦距为600 mm,口径为200 mm,视场为4°×4°。通过波像差和椭率的联合优化,成像像质及光学椭率得到了同步有效控制,波像差近衍射极限,椭率最大值为0.030 3,平均值为0.015 6。与从低阶项到高阶项的传统像差校正优化方法相比,该方法采用相对较小的自由曲面偏差,设计的自由曲面望远镜成像质量和椭率性能得到了同步控制,充分发挥了自由曲面的效能,设计效率优势明显。

基于单片机的液体透镜成像清晰度调节系统

为实现液体变焦透镜的自适用调节功能,开发了一种基于单片机的液体透镜成像清晰度调节系统。系统选择PIC16F1847单片机作为主控芯片,高压DC-AC转换器MAX14521E芯片用于控制液体透镜实现变焦,达到可调节成像清晰度的目的。设计了一款用于成像清晰度调节的人机交互软件,软件功能包括液体透镜成像清晰度手动调节和自动调节,用户可根据使用需求在界面上选择调节模式。测试结果表明:该系统能够实现成像清晰度调节功能,性能稳定,自动调节速度快,电压驱动电路最高可输出120 V交流电压。

基于组合结构的双界面液体透镜的设计与分析

为了提高液体透镜的成像质量和变焦范围,应用介电泳和液压驱动,设计了一款基于组合结构的双界面液体透镜,其主要由介电泳双液体透镜和PDMS薄膜液体透镜组成。首先,在Comsol软件中建立液体透镜模型,研究不同电压下的液滴界面和PDMS薄膜的面型变化,并导出两个曲面的面型数据。其次,在Matlab软件中,采用非球面表达式进行拟合,得到不同电压下液滴的界面和薄膜的面型图及其相应的非球面系数。最后,在Zemax软件中,构建出相应的双界面组合液体透镜光学模型,像面选取为高斯像面,并通过相应器件的制备与初步实验研究,将仿真结果和实验数据进行比较分析。结果表明,所设计的基于组合结构的双界面液体透镜仿真和实验的变焦范围基本一致,同时实验获得的变焦比可达2.1254、成像分辨率最大可达101.5937 lp/mm。本文设计的基于组合结构的双界面液体透镜具有结构简单紧凑、界面可调控性强、成像分辨率高的优点。

基于BlazePose与深度相机的体育评价系统

在目前的体育自动化测试和训练中,往往需要受试者穿戴多种传感器,影响了成绩的发挥,另一方面,仅依靠二维图像或深度相机的动作捕捉方法也难以全面、准确地描述人体运动姿态。论文针对上述问题,提出一种适用于常规体测项目的动作评价系统,首先将二维人体姿态估计模型BlazePose与深度相机结合,实现人体姿态关键点在三维空间中的准确定位,再通过卡尔曼滤波对关节点的轨迹进行平滑与估计,在此基础之上根据有限状态机的思想,以引体向上为例,完成了对多指标体测项目评价方法的设计,能够全面检测出各种犯规动作,实验表明整体正确检测率达到89%,处理速度达到20FPS,能够用于实际的辅助测试以及对个人的训练起到指导作用。

基于人眼光学模型建立的角膜模型

考虑角膜面型的非球面特性,应用光学设计软件Zemax,从光学成像角度提出了结合人眼光学模型的角膜双二次曲面模型的建立方法;结合国人正视眼和近视眼的有关实测数据和分析结果,以人眼的波像差为评价函数,对初始模型眼进行优化,给出了符合我国人眼特点的正视眼和近视眼模型中的角膜模型。讨论了矫正近视的矫正眼模型中的角膜理想模型和可用于角膜屈光手术中的切削模型,切削深度的最大值在角膜中心处,约26.5μm。结果表明:基于人眼光学模型的角膜双二次曲面模型,符合角膜的面型特点,适合临床实际应用,可为波像差引导的个性化角膜切削方案提供更适用的数字化模型。

人眼光学模型的研究与发展

以适宜光刺激为主的人眼是人类获取外界信息最多的重要感觉器官。从光学角度而言,人眼是一个有多个界面的复杂光学系统,每一个界面都具有复杂的几何特征和光学特性。结合光学测量,对人眼建立光学模型,研究每个界面的光学特征,在视光学和眼科学领域都有着重要的实际应用意义。通过对国内外模型眼的研究与发展的介绍,总结了各种典型人眼模型的光学结构与特性,并给出了人眼光学模型的研究发展趋势———个性化与精密性。

采用角度分集接收技术的光学天线设计

为了克服可见光通信系统中码间干扰的影响,利用角度分集接收技术,提出了在半球体上分布多个朝向不同的光锥作为光学接收天线新方法。应用Zemax光学设计软件,结合Matlab工具和Origin软件的数据处理分析,通过仿真单个光锥在不同半顶角取值时小端面上的光强值随光线入射角的变化量,拟合得到了相应的函数表达式和曲线图;并在光锥集光器分布夹角的数值分析基础上,根据同一个光信号在相邻两个光锥小端面上的光强关系,确定了光锥两两之间的夹角,给出了具体的布局设计方案;最后讨论了整个半球系统上总光强的接收情况。

眼球系统中关键屈光元件的光学模型研究

角膜和晶状体是人眼光学系统中两个关键的屈光元件,为了理解眼内各介质和整个眼球的屈光状态以及视网膜上的成像,有利于眼科临床方面的应用,需要分别对二者进行光学特性模型的分析与研究。根据角膜和晶状体的光学特性,应用光学设计软件Zemax和有关的数学工具,从光学成像角度,分别对角膜和晶状体模型进行研究:基于结合人眼光学模型的角膜双二次曲面模型的建立方法,统计分析了我国人眼实测角膜参数的数据;通过对晶状体折射率分布特点的分析,分别在轴向和径向上进行了综合分析。最后给出了符合我国人眼特点的角膜面型的统计数值,完善了我国人眼角膜光学模型的建立;获得了形式简单且能够表示晶状体折射率分布一般特征的梯度渐变模型表达式。基于收集的我国人眼实测数据的角膜面型模型和晶状体梯度渐变形式的折射率模型,为解决人眼光学系统研究中的关键问题提供了新的方案和思路。

基于平面电极的非球面双液体透镜的设计与分析

为了研究易于实现、结构简单的非球面液体透镜结构,应用介电泳效应,设计了一款基于平面电极的非球面双液体透镜.利用Comsol,Matlab和Zemax软件,建立了所提出的非球面双液体透镜模型,分析了其在不同电压下的面型变化与成像特点,并与球面的双液体透镜模型进行了比较分析.结果表明,非球面双液体透镜的变焦范围大于球面的,前者的成像质量亦优于后者.而且,通过该非球面双液体透镜的器件制备与初步实验分析,获得了其成像分辨率可达40.318 lp/mm的结果.

Zemax软件在《应用光学》双语课程教学中的应用

《应用光学》课程是"光学工程"学科最重要的课程之一,在专业学习中占有非常重要的地位。随着光学的迅速发展,对光学专业的人才要求越来越高,对光学方向的教育要求也越来越高,为了提高学生顺应时代的光学专业知识的应用能力,以及《应用光学》双语课程的教学水平,提出将Zemax光学设计软件全面应用于该课程的教学和设计实践中,激发学生的学习兴趣,培养学生的实践设计能力。

基于平行平板电极的非球面双液体透镜的仿真与实验分析

应用介电泳原理,设计了一种基于平行平板电极的非球面双液体透镜,具有结构简单和易于实现的优点.利用Comsol,Matlab和Zemax软件,建立了相应的非球面双液体透镜光学模型,仿真分析了其在不同电压下的焦距变化及成像特性,并与球面双液体透镜模型进行了比较分析.非球面双液体透镜的变焦范围大于球面的,前者的成像质量亦优于后者.而且,实验制备了该非球面双液体透镜器件,结果表明,在工作电压为0—280 V时,焦距变化为54.2391—34.5855 mm,与仿真结果基本相符,而且该器件的成像分辨率最大可达45.255 lp/mm.

基于Zemax接口技术的人眼晶状体模型研究

对人眼模型中晶状体的面型和折射率分布进行了研究,基于晶状体的光学特性,利用光学设计软件Zemax接口技术的调入,采用不同连续公式法分别给出了晶状体不同的梯度渐变折射率分布形式;结合晶状体不同的非球面面型,比较分析了晶状体不同面型和不同梯度折射率分布的组合模型对人眼模型重现实测像差的影响;给出了重现我国人眼实测像差误差最小的晶状体模型.结果显示:晶状体的面型越复杂得到人眼模型的像差与真实人眼的测量像差就越接近;当晶状体采用Zernike面,梯度渐变折射率采用分段函数公式形式时,重现实测像差误差最小.

关于《光学CAD》课程教学的探讨

在工程光学学科教学中,《光学CAD》课程是一门重要的实践性课程。该课程所传授的理论知识能够巩固学生的光学专业基础,所传授的光学设计软件的实际操作能够增强学生的实践动手能力与创新能力。针对该课程及其教学内容的主要特点,主要探讨了加强理论与实践相结合的教学手段,通过学生分组和针对性的任务书下达,引导学生合作完成,掌握光学设计的基本思路,提高学生的就业竞争力和继续深造的学习能力。

基于线上线下相结合的光学CAD实验课程教学方式探索

随着现代信息化的迅速发展,基于曾经的疫情防控影响所带来的思索,高校课程教学中的线上教学形式已成为不可缺少的一部分。该文基于线上线下相结合的教学模式,对光学CAD实验课程的教学方式进行一定的探索。介绍该课程在线上与线下的具体教学方式,并以学生为中心,由老师作为引导者,将线下进行交流讨论的互动形式应用于线上,提出进行线上分组答疑讨论的交流方式。不仅有助于老师获得更好的教学效果,为基于软件平台的实验课程教学提供一定的新思路,而且更能够锻炼学生相互学习、互帮互助和取长补短的学习能力。

基于虚拟仿真的“现代工程光学”教学内容的探索

为培养光电领域的专业学位硕士研究生能够掌握扎实的专业基本理论,并具有一定的工程实践能力以及有关光电系统的设计能力,笔者基于理论与实践相结合的理念,在“现代工程光学”课程的教学内容设计方面作了一定的探索。在本课程中通过引入虚拟软件Zemax的仿真,结合当代科技发展的最新动态分析,可以在理论教学中更直观形象地使学生掌握好相关的基础知识,在上机实践教学中更直接地锻炼学生的设计能力和综合素质,对培养研究生满足新时代科技发展的人才要求具有一定的教学参考价值。

静电纺丝新技术及其在生物医药领域的应用

介绍几种静电纺丝法调控纤维形态和结构的新技术,包括制备芯-鞘、中空、多孔、串珠状纤维和取向结构纤维的技术。制备芯-鞘结构纤维的主要方法包括同轴共纺、乳液电纺和相分离。其中,同轴共纺和相分离的方法可以加以延伸,成为制备中空纤维的技术。将两种材料进行混纺,再除去其中一种成分,可以得到具有多孔结构的纤维。乳液电纺也可应用于串珠状纤维的制备。另外,通过对收集装置进行改进,可以得到具有良好取向性或微结构的纤维毡。这些电纺新技术在血管、骨、肌肉、神经、韧带和肝脏等组织的修复和重建中有广泛的应用前景,也可以应用在抗生素、抗癌药等药物以及蛋白质和DNA等生物制剂,乃至活细胞的包埋、传输和控制释放中,因此具有广阔的应用发展前景。

基于介电润湿三液体透镜的变焦光学系统的设计与分析

提出了一种基于介电润湿效应的三液体透镜与传统固定透镜组合的三组元结构变焦光学系统.在一、三组元固定不变的情况下,通过移动中间三液体透镜组改变系统焦距,并通过三液体透镜的自变焦特性,确保系统在变焦的同时保持像面位置不变.采用光焦度高斯括号法求解系统的初始结构参量,利用Zemax光学软件进行系统设计与优化,最后对系统的成像质量进行分析.结果表明:该系统总长22mm,可实现2.7~20.3mm范围内的连续变焦,系统变倍比接近8,在空间频率180lp/mm处调制传递函数值均大于0.4.

介电润湿液体透镜仿生复眼的设计与仿真

为解决仿生复眼系统不能自适应变焦的问题,提出了一种基于介电润湿液体透镜曲面阵列的可变焦仿生复眼系统。分析系统结构对成像性能的影响,计算系统的自适应变焦能力及相应像平面可移动范围。结果表明:系统成像的视场角随着基底曲率的增大而增大。相比于非均匀透镜阵列,均匀透镜阵列可明显降低系统的离焦像差。适当减小子透镜单元尺寸,也可以达到降低边缘透镜离焦像差的目的。当物距或者接收器位置发生改变时,通过调整子透镜单元焦距降低系统的离焦像差。系统接收器可移动范围为1.9 mm~15 mm。

微流控惠斯通电桥式通用流阻测量方法

标准化是微流控系统的发展趋势,很多器件需要精确的流量控制和传输。因此,准确地表征和测量芯片功能模块的流体阻力具有重要的应用价值。提出了一种类比于惠斯通电桥测量不同流阻大小的器件,该器件将一个芯片内的膜阀视为可变流阻器,与待测器件并联。通过施加不同的压力,控制膜阀的开口度,保持桥平衡,直接计算获得待测芯片的流阻大小。仿真计算发现,其测量范围达到4个数量级,误差控制在3%以内。结果表明,微流控惠斯通电桥是测量流阻的有效方法,可以根据不同的应用环境,设计不同的尺寸和结构,以满足特定需要。