宽波段平场复消色差显微物镜设计

目前商品化的显微物镜的适用波段范围无法满足360~1000 nm波段范围的相关光子光斑的测量要求。从复消色差基础理论出发,研究了复消色差玻璃组合的选择方法,得到了二级光谱校正效果较好的玻璃组合。采用全球面折射式、无穷远校正的结构型式,设计出一款放大倍率为20倍、数值孔径为0.3、工作距离为10 mm、齐焦距为60 mm、视场为0.66 mm、工作波长范围为360~1000 nm的平场复消色差显微物镜。调制传递函数曲线在80 lp/mm处接近衍射极限,场曲校正满足平场的国际标准,其余成像指标也接近衍射极限。公差分析结果表明,该显微物镜满足设计和实际加工要求。

近紫外-可见光宽波段复消色差显微物镜设计

设计了波段300nm～500nm,放大倍率为10×,NA=0.3的近紫外-可见光显微物镜,用于观测激光照射核聚变的成像过程。该系统采用透射式结构,通过P、W设计方法和CODE-V软件的优化,实现了系统的复消色差,较好地解决了紫外光学材料种类少、折射率低带来的像差校正困难和光学系统效率不高的问题。

折衍混合复消色差望远物镜设计的PWC方法

将衍射结构视为折射率无限大的薄透镜,研究了衍射透镜高折射率表示的折衍混合复消色差望远物镜设计的PWC方法;设计了焦距为2000mm、相对孔径为1/15的双片型折衍混合复消色差望远物镜,并与常规三片型纯折射复消色差望远物镜进行了比较,结果表明双片型折衍混合复消色差望远物镜具有更好的二级光谱校正能力,色球差更小,因此具有更好的成像质量.

N.A.0.75平场复消色差显微物镜光学设计

为解决普通生物显微物镜视场小、场曲和色差严重的问题,本文利用光学软件Code V设计了一款20×平场复消色差显微物镜,通过合理的结构优化、光焦度分配及材料选择,使该物镜具有大视场、高数值孔径、平场复消色差的特点。设计分析结果表明,该物镜平场数为0.11μm,最大焦移量为0.5μm,满足显微物镜国际标准的规定;光学传递函数(MTF)曲线与理论衍射极限接近,达到指标要求,该物镜在可见光范围内实现了平场复消色差设计。公差分析结果表明RMS波前差劣化至0.24λ,能够满足加工和实际应用要求。

宽光谱长焦距物镜的复消色差设计

介绍了以摄远型为初始结构的宽光谱长焦距折射式物镜的设计方法。对玻璃材料的选择进行了分析,并建立了能够分配三分离透镜组光焦度的复消色差方程组。通过理论计算和ZEMAX光学设计软件的优化,给出工作波长范围在0.4-0.9μm、焦距为400 mm、视场角为6.2°、相对孔径为1∶4的设计实例。设计结果表明,二级光谱得到了很好的校正,像质优良。

复消色差的短波红外望远物镜设计

分析计算了一些普通光学玻璃及晶体光学材料在0.9～2.5μm短波红外段的色散特性.在远距型的物镜结构后组中采用的厚弯月镜能产生一定量的反向色差补偿前组中的二级光谱,所设计的物镜在焦距800mm时的带孔径处最大色差0.13mm.结果表明,采用氟化物玻璃与重火石玻璃的三片式组合在短波红外段具有较好的消色差能力.

基于S-L图的复消色差方法

建立了一组既消位置色差又消二级光谱的方程组 ,即复消色差方程组 同时引入了规化位置色差系数L和规化二级光谱系数S的概念 ,得到了对复消色差光学系统设计中的玻璃选择具有指导意义的S L图

350mm口径透射式宽光谱复消色差光学系统设计

为了在室内检测光电测试设备在某种工况下的瞄准线稳定精度、稳定器稳定精度等指标,需通过平行光管来提供无穷远目标。设计指标要求为:采用透射式结构,工作波段400~700nm,D=350mm,焦距为2.8m,视场角为3.5°,全视场内实现复消色差。设计采用柯克三片分离式透镜作为初始结构形式,根据宽光谱复消色差理论,选取玻璃材料,利用校正光学系统色差与二级光谱的条件计算各片透镜的光焦度,求解光学系统初始结构;根据大口径宽光谱平行光管像差要求,引入色球差参数以及消二级光谱参数进行优化,通过玻璃材料匹配,实现复消色差。设计结果:在不引入非球面的情况下,系统接近理论衍射极限,全视场波像差RMS值均优于λ/22,全视场内实现了复消色差,满足设计指标要求。

大相对孔径折射式复消色差天文望远物镜设计

为了满足用于深空天体观测或摄影的天文望远物镜的大相对口径及高分辨力的要求,基于二级光谱的理论公式,以佩兹伐物镜作为基本结构,对所选择的玻璃材料进行了色散特性的分析。通过Zemax光学设计软件的优化,给出工作波长范围在405～750nm、焦距为500mm、视场角为3.2°、相对孔径为1∶5的设计实例。设计结果表明,该系统二级光谱得到了很好的校正,在100lp/mm处各视场传递函数均在0.52以上,满足接收器件有效尺寸为23.7mm×15.6mm的CCD成像要求,像面成像质量良好,适合深空天体的观测。

近红外天文仪器的复消色差透镜

本文探讨的选择玻璃的赫伯格方法适用于近红外（NIR）波段的复消色差设计。此方法可避免复杂的代数计算，简化玻璃的选择过程。可从部分色散与V数关系曲线图上直接选择双合和三合透镜玻璃组合，本文还给出近红外双合和三合透镜的良好组合。设计样例表明此方法是实用而有效的。

三胶合复消色差物镜的计算

本文介绍了无色差面复消色差物镜玻璃的选择方法；给出了采用Ｖ．Ｎ．Ｃｈｕｒｉｌｏｖｓｋｉｉ提出的计算方法根据校正位置色差、二级光谱色差和球面像差的校正条件，便可确定物镜所有结构参数的计算公式；列举了一个物镜的计算实例。

基于大面阵CCD的复消色差航空相机物镜设计

为了满足航空相机物镜结构简单及高分辨率的要求，提出了一种基于波差法校正长焦距、宽波段的大面阵CCD航空相机物镜二级光谱的方法。介绍了二级光谱的基本原理，给出了波差法设计复消色差物镜的方程组。采用普通光学材料设计了复消色差航空相机物镜，系统焦距为400mm，相对孔径为F／4，工作波段为420～850nm。给出了光学系统图、纵向像差图及调制传递函数图。设计结果表明，采用该方法设计的航空相机物镜在60lp／mm处各视场传递函数均在0．75以上，满足接收器件有效尺寸为36mm×48mm的大面阵CCD成像要求。

实现复消色差的超常温混合红外光学系统

讨论了利用二元光学元件实现红外光学系统消热差的原理和方法,分析了二元光学元件的色散特性及其在校正二级光谱中的优越性,给出了实现复消色差和超常温消热差的混合红外光学系统设计实例.该系统焦距100 mm,相对孔径1/2,视场角6°,工作波段8—11μm;采用了两种最常用的硅和锗材料,共三片,结构简单.在-80—200℃的超宽温度范围内,成像质量稳定并达到衍射极限,约在系统0.7孔径处轴向像差曲线基本相交于一点,实现了系统的复消色差.

用于可见光波段的折/衍混合复消色差长焦物镜设计

采用折/衍光学元件结合的方法,使用两种普通国产玻璃K9和TF3,设计了工作波段为0.546～0.768μm的3片式长焦物镜系统,并对其二级光谱进行了校正。将此设计结果与7片型,4种材料的全折射式长焦物镜的光学性能进行比较。结果表明,利用折/衍光学元件能在简化系统的基础上有效校正长焦物镜的像差,极大降低系统的长度、重量和复杂程度,其光学成像和结构性能优于全折射型。

光纤法布里-珀罗传感器偏振互相关解调系统的复消色差光路设计

光纤法布里-珀罗(F-P)传感器被广泛应用于航空发动机的检测中。偏振互相关解调法是最常用的F-P腔长解调方法。在偏振互相关解调系统中,光学系统的轴向色差会引起零级干涉条纹的偏移和光强的减小,从而降低解调精度并减小信号幅值,因此分析了光学系统的轴向色差对解调的影响。为了减小光学系统的轴向色差对解调的影响,设计了一种应用于偏振互相关解调仪的复消色差光学系统。该光学系统在光楔长度方向上的轴向色差为1.9×10^(-4) m^(-1),最大光程差为0.021λ_0(λ_0为中心波长),光程差远小于F-P腔长。对于特定的解调系统,采用复消色差光路时,零级干涉条纹的测量值偏移量为2.85μm,小于CCD像素宽度的一半,并且CCD任意像素的光照度提高了3.75倍。

混合复消色差透镜组的设计原理

通过对混合复消色差透镜组的像差分析导出了其结构参数的求解方程。根据计算机模拟结果发现，二元光学元件以正透镜为基底和以负透镜为基底时单色像差状况大体相当，但以正透镜为基底时色球差要小得多。

用二元光学元件实现复消色差

将一个二元光学元件与一个折射透镜组合成混合透镜，把这个混合透镜作为一种混合等效玻璃和另一种适当的玻璃相结合可以实现复消色差，给出了光焦度解的求法并讨论了玻璃材料的选择．

平象场复消色差大视场显微物镜光学设计

讨论了大视场显微物镜的主要设计思想，二级光谱校正及匹茨瓦和校正．最后用中心点亮度评价了一个设计实例．

机器视觉光学系统的复消色差设计

根据机器视觉物镜对复消色差和高分辨率的要求,将光学系统分成四个光组,对每组初始结构分别进行优化后再组合,得到透镜组的初始结构。利用Buchdahl色散矢量分析方法对部分玻璃材料进行针对性替换,通过多次优化得到符合光学性能要求的复消色差机器视觉光学系统。系统的焦距为60 mm,半视场角为11°,F数为5.45,像方视场可匹配1″大靶面CMOS相机,且各视场的调制传递函数值在200 lp/mm处均大于0.2。系统在0.707孔径处的残余色差为0.01665μm,满足系统的色差容限。系统的二级光谱为0.08385μm,基本实现了光学系统的复消色差。实验结果表明,Buchdahl色散矢量分析方法在分组设计和透镜系统的整体优化过程中,可为光学玻璃的选择及系统整体优化提供较大的便利。

基于PSIM机载大视场宽谱段偏振光谱成像系统光学设计

为满足偏振光谱成像探测中对于大视场、宽谱段技术要求,设计了一种基于偏振强度调制技术(PSIM)的宽谱段大视场偏振光谱成像仪。针对前置望远镜组,文中对现有国内玻璃材料消色差分析,优选了可见至短波红外的复消色差玻璃,通过控制镜组中PSIM模块光线角度,实现大视场内在PSIM模块上的入射角度需求。结合分析结果,采用光学设计软件优化设计。设计结果表明,前置望远系统能够实现波段为400~1 700 nm,视场角为72°,焦距为20 mm, F数为4的高质量成像,全谱段内探测器截止频率处传递函数优于0.4, PSIM模块上最大入射角度为±4.99°,有效保证了各视场内偏振调制的一致性。后置光谱分光系统采用基于Offner结构的凸面光栅,优化结果显示各波段点列图均小于一个像元,在探测器奈奎斯特频率处中心波长的MTF达到0.6,各项指标均满足设计要求。本文对于基于PSIM宽谱段偏振光谱成像仪器的工程化具有很重要的现实意义,对宽谱段光学系统消色差设计也具有一定指导意义。