医用光学内窥镜覆盖全视场范围的边缘光效评价方法

该研究阐述了行业标准YY 0068.1-2008《医用内窥镜硬性内窥镜第1部分:光学性能及测试方法》对边缘光效的基本评价思路,通过以特定的实际内窥镜数据为例分析相对视场位置的边缘光效评价结果与绝对视场位置的边缘光效评价结果相反的情况,指出仅由YY 0068.1-2008规定的90%最大入瞳视场角(W_(p))处相对视场位置评价边缘光效不全面,需补充建立覆盖全视场范围的绝对视场位置边缘光效的评价方法;同时,基于YY 0068.1-2008的基本评价思路建立了覆盖全视场范围的边缘光效评价方法,旨在为行业标准的进一步修订和完善提供参考。

轴上物点经双凸对称球面透镜成像偏差分析

为确定轴上物点经双凸对称球面透镜所成的像与理想像的差异,便于检验成像器件能否达到实际成像应用要求,本文利用解析几何方法推导了轴上物点经双凸对称球面透镜的成像区域边界方程,计算分析了入射光线倾角及透镜参数对成像区域的影响.结果表明当轴上物点位置与透镜曲率半径确定时,如物距取30.0 cm、曲率半径为15.0 cm、透镜的半厚度≤0.300 cm时,表示成像区域边界轴上像点偏离理想像点程度的轴上偏差小于等于2.02%;当轴上物点位置与透镜参数确定,如物距取30.0 cm、透镜半通光孔径为3.00 cm、入射光线倾角≤4.85°时,表示成像区域边界像点离轴程度的离轴偏差小于等于10.0%.此方法同样可以分析其他类型像差,理论推导与计算结果为相关后续研究提供了理论支持与技术借鉴.

长波红外大孔径长焦距无热化光学系统设计

对于长波红外长焦距光学系统,大孔径能使系统具有更好的成像亮度,但也带来了孔径边缘像差较大且难以校正的问题。利用折反射式结构减少光学系统总长,采用两块反射镜结构作为基础,在其后搭配一组校正折射透镜构成光学系统,并应用光焦度分配、消热差及消色差条件,设计出大孔径、长焦距的长波红外无热化光学系统。该光学系统工作波段为8~12μm,焦距为800 mm,全视场角为0.6°,F数为2.5,遮拦比为0.2,光学系统总长为344.62 mm;在-40~60℃工作温度范围内,全视场角的调制传递函数值在奈奎斯特频率20 lp/mm处均大于0.25。设计的长波红外大孔径长焦距光学系统由2块反射镜和4块折射透镜组成,系统结构紧凑,成像性能稳定,可为类似此类光学系统设计提供参考。

基于Philips棱镜3CMOS相机的光学设计及其光谱优化

针对彩色数字相机高成像质量以及高色准的需求,本文研究了基于Philips棱镜的3CMOS相机的光学系统设计以及相机光谱优化方法。通过对Philips棱镜进行光路建模,优化了棱镜的结构参数。在保证全内反射以及出射窗口大小的条件下,减小了系统的体积,并由此设计了Philips棱镜3CMOS相机光学系统。其视场角为45°,相对孔径为1/2.8,在110 lp/mm的奈奎斯特采样频率下,系统的MTF全视场全波段均大于0.4。基于色度学基本原理建立了Philips棱镜相机的矢量成像模型,分析了由光线入射角度变化造成的薄膜光谱偏移,提出了宽光束下光谱偏移的修正模型。利用该模型设计并优化了相机中的4组光学薄膜。通过光路仿真实验以及色差分析,基于优化后的相机光学系统的平均色差降低了15.8%,像面颜色不均匀性降低了60%。结果表明:本文设计的光学系统拥有良好的成像质量,优化后的相机光谱实现了良好的颜色性能以及颜色均匀性。

一种用于监控侦察的大视场宽光谱光学系统设计

为了满足监控侦察对光学系统日夜两用及监控范围广的需求,运用像差分析方法和光学设计软件设计了一种大视场宽光谱光学系统。设计的光学系统由7片透镜组成,所有透镜的光学面均采用球面设计,工作波段为400~1100 nm,最大全视场角达到140°,焦距为2.33 mm,f数为5,后工作距离为7.42 mm;在奈奎斯特频率42 lp/mm处,视场角范围的调制传递函数值均大于0.28,相对照度均大于96%,最大视场角的F-theta畸变值为27.85%;最后,对设计的光学系统中各类型公差进行了分析。结果表明,设计的光学系统像差校正较好,具有较好的成像质量且易于加工。

全息光存储双波长非球面光学头物镜设计

全息光存储是一种利用全息方式去进行信息的记录和再现的存储方式。在同轴全息光存储中,需要光学头物镜对532nm和650nm两个工作波长聚焦于全息材料不同的焦面上,且都能达到良好的聚焦效果。由于记录和读取都在全息记录材料上,全息材料由保护层和记录层组成,由于折射率不均匀导致的像差会对物镜的聚焦效果产生影响。目前的商业物镜无法满足全息光存储中光学头的物镜需求。为了满足这类需求,达到良好的性能效果,论文利用Zemax OpticStudio光学设计软件设计了一款针对全息光存储的双波长非球面光学头物镜,整体由一片非球面镜和一片球面镜组成。工作波长为532nm和650nm两个波长,焦距大于4mm小于6.2mm,像方数值孔径大于0.5,MTF值在空间频率为900lp/mm内均大于0.4,在全息材料上聚焦获得的波面相差均方根低于0.07波长。在上述技术指标下,该物镜具有较好的分辨能力和成像质量,论文方案为全息光存储光学头物镜的设计提供了新的思路。

结合光学掩模调制的鼠眼像差精确测量

进行波前探测时,标准动物模型小鼠的眼底视网膜双层反射光会导致像差探测失效。为解决这一问题,本文提出了一种结合光学掩模调制的鼠眼像差测量方法,以期提高鼠眼波前像差测量精度。首先,根据鼠眼视网膜的关键参数,建立鼠眼波前像差探测的光学系统模型并进行光学仿真。然后,分析比较不同孔径的光学掩模对视网膜非目标层反射光束的遮拦效果,确定光学掩模参数与实验方案。最后,搭建鼠眼波前像差探测系统并开展在体鼠眼波前像差的测量实验。实验结果表明:0.5 mm孔径的光学掩模可以将鼠眼波前像差的测量均方根误差降低74.9%,与理论仿真的80%区域实现非目标层反射光遮拦效果近似。本文研究实现了对鼠眼视网膜非目标层反射光的有效遮拦,提升了鼠眼波前像差探测精度,为进一步实现鼠眼高分辨率成像奠定了基础。

凸透镜焦距测量中实验方法的改进

凸透镜焦距的不确定度评价和减小实验误差的方法已经有很多研究,本文着重研究如何最大发挥透镜的作用,通过合适的测量方法适应凸透镜焦距、光阑直径以减小实验误差,提出了导致实验误差的重要因素——焦深与透镜参数的关系,并研究了近轴光线对实验误差的影响。研究结果为减小实验误差提供了一种新的思路,同时更加深入地研究了透镜成像的规律。

美国机载光电吊舱光轴一致性检测技术研究

本文指出由于机载光电吊舱集成了激光、电视、红外等多个光学通道,受振动、环境温度、气压等因素影响,不同光学通道之间产生的光轴偏差将显著影响系统性能,因此光轴一致性检测技术研究具有非常重要的现实意义。为此,本文分析了Sniper吊舱和ATFLIR吊舱这两款典型的机载光电吊舱的光轴一致性检测设计,并对光轴检测技术的实际应用进行了讨论。

利用透镜组实现近轴光学隐身

采用了利用双凸透镜构建透镜组实现近轴光学隐身的方法,通过改变双凸透镜的数目、焦距、口径等参量,讨论了透镜组要实现近轴光学隐身所应满足的条件.建立了四薄透镜光学隐身系统、三薄透镜光学隐身系统、双厚透镜光学隐身系统3种理论模型,并将实验探究与理论研究相结合,验证了理论模型的正确性.

空间成像与激光通信共口径光学系统设计

针对空间成像系统与激光通信天线同时需要大口径光学系统而使卫星载荷质量增大的问题,提出了一种成像光学系统与收发合一激光通信天线共口径工作的新型光学系统。从像差理论出发,给出了以主次反射镜为共用部分、成像和通信工作在不同视场的共口径光学系统初始结构设计方法。实际设计了共口径光学系统,该系统口径为600mm,次镜遮拦比为0.225,成像系统的传递函数在50lp/mm时大于0.47,接近衍射极限;发射分系统波像差远小于λ/20,发射激光的最小束散角可达4μrad,出射光斑质量良好;接收系统达到衍射极限,光斑远小于探测端面,满足探测要求。最后,进行了公差分析,给出了光学系统的装调方法。该设计通过共用主次镜减少了系统总质量和总体积,同时满足空间成像和激光通信系统的性能要求。

采用液晶空间光调制器的可控性阵列菲涅耳波带片

利用液晶空间光调制器的光学调制特性 ,实现阵列数与焦长可调控的阵列菲涅耳波带片 ,并给出了理论分析和实验结果 ,该方法操作简单。

聚合物梯度折射率微球透镜的研制

选取高分子单体组合 ,用悬浮扩散共聚法研制具有球对称梯度折射率 (GradientRefractiveIndex ,GRIN)的微型聚合物球透镜 .用剪切干涉法测定微透镜试样的折射率剖面 ,根据分布曲线的特征调整、优化制备工艺条件 ,成功获得直径 0 .3～ 1.4mm、透明、在半径的全程范围具有球对称折射率梯度 ,折射率差ΔN为 0 .0 0 6～ 0 .0

空间双波段成像光谱仪红外光学系统的设计

分析了空间双波段成像光谱仪光学系统的光学特性 ,提出利用光学材料间焦距位移系数的互补性 ,实现光学系统消热差、消色差设计方法 ,建立了一组既消热差又消色差的方程组 给出了利用这种方法设计的视场角 10° ,焦距 10 0mm ,F数为 1.98,温度范围在 - 2 0℃～ 70℃ ,工作波长为 3～ 5 μm和 8～ 11μm具有 10 0 %冷光栏效应的双波段消热差、消色差光学系统 ,分析了系统各波段传递函数。

全景环形透镜环形象的线性化研究

全景环形透镜 (PAL)独特的成象性能 ,即环绕光轴 3 60°产生一个环形象且景深为无穷远 ,使得由 PAL组成的观测系统没有活动部件能同时观察透镜周围的景物 .但 PAL所成的环形象不便于人眼观察和测量 ,有畸变、失真 ,为此 ,本文根据图象坐标变换 ,实现了一种环形象的线性恢复 ,即首先将环形象线性化处理 ,再对其进行插值 ,实验结果表明线性化效果较好 .该图象处理技术可以为发挥

边缘特征增强算法和小波分析在精确聚焦中的应用

在数字成象系统中 ,如何快速而且有效地实现精确聚焦一直是成象系统研究中的焦点 .本文提出了利用增强图象边缘特征来提高精确聚焦能力 ,并将常见的边缘增强滤波器与以小波变换为基础构建的滤波器进行了比较 ,实验数据表明 ,虽然常见滤波器和基于小波变换滤波器都能提高聚焦能力 ,但后者能更有效地分辨出只有微小的离焦量的图象 ,有很好的应用前景 .

角锥棱镜的直角面面形问题

从一个侧面论述了角锥棱镜直角面面形误差所导致的出射波面像差及两面直角误差之间的定量关系 ,因而可以分别从后两者的精度要求提出对面形误差的要求。对于高精度的角锥棱镜 。

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.

一种基于OTF稳定性的波前编码相位板优化方法

提出了一种简单的可用于光学系统中子午弧矢方向白光OTF稳定性评价的波前编码相位板参量优化方法.该方法仅以标准偏差来评价OTF在目标景深范围内的稳定性,并且结合自适应模拟退火算法在参量空间内优化得到相位板的最佳参量.使用该方法优化得到的相位板参量,可以大幅度提高光学系统的景深,并且可以获得更为清晰、稳定的成像.对应用波前编码技术前后光学系统的成像性能作了比较,并且考察了优化参量的容差性.

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。