一种大相对孔径成像光谱仪前置物镜设计

Offner型成像光谱仪具有结构紧凑,成像质量理想的优点,为了提高光谱分辨率,实现更多谱段的光谱成像,需要分光成像系统有强的集光能力,即需要大的相对孔径;为了消除折射材料的影响,提高光栅利用效率,系统应该全反射无遮拦,为此选用离轴三反射镜系统作为它的前置物镜。离轴三反射镜光学系统具有无色差、光谱范围宽、无遮拦、像差矫正能力强和对温度不敏感等优点,可作为成像光谱仪的理想前置系统。根据该成像仪的技术要求,得到系统F数为F/2.47,焦距为360mm,视场角为2.5°。通过优化设计,得到了一个大相对孔径的离轴三反射镜前置物镜系统。该系统相对孔径大,光能利用率高,成像质量达到衍射极限,特别是次镜采用球面,大大降低了制造检测难度和成本。

连续变倍体视显微镜共用前置物镜的设计

利用共轴系统变焦距象差优化程序设计非共轴系统的定焦距前置物镜，用非常规复杂光学系统优化程序对前置物镜和变倍系统的组合象差进行检验和再平衡，获得优良的成象质量．样机实测结果表明，视场清晰范围及视场中心分辨力均优于国家标准和国际标准的规定．

连续变倍体视显微镜共用前置物镜的设计

分析了平行光系统的连续变倍体视显微镜的共用前置物镜的光学特性,讨论了共用前置物镜的设计方法,样机实测结果表明,视场清晰范围及视场中心分辨力达到机械行业标准的规定。

连续变倍体视显微镜共用前置物镜的设计

分析了平行光系统的连续变倍体视显微镜的共用前置物镜的光学特性，讨论了共用前置物镜的设计方法，样机实测结果表明，视场清晰范围及视场中心分辨率均优于机械行业标准的规定。

一种成像光谱仪前置物镜的设计

未来的成像光谱仪要求其光学系统在宽视场和宽波段范围内有高的空间分辨率和光谱分辨率。提出了一种无遮栏三反射镜系统的设计方法。所设计的三反射镜消像散系统包括两个非球面凹反射镜和一个凸球面反射镜。系统的视场角可达到5°,并实现了平场、远心光路的设计,可满足大视场高分辨成像光谱仪前置物镜的使用要求。

数码裂隙灯显微系统前置物镜的设计

数码裂隙灯显微镜主要用于眼科疾病的检查,而前置物镜作为数码裂隙灯显微镜的重要组成部分之一,影响整个系统的成像质量。根据体视显微镜平行光路系统的原理,利用Zemax软件设计并优化一款高性能数码裂隙灯显微镜前置物镜。实验结果表明:低倍光路和高倍光路的最大均方根半径值分别为2.3μm和5.1μm。在空间频率为115lp/mm处,低倍光路时全视场的调制传递函数(MTF)值达到0.30,接近衍射极限,分辨率较高,高倍光路的MTF值在0.15以上,满足眼科使用要求。最后进一步分析偏心对系统引人的彗差和像散的影响,所得结果为加工和装调提供理论依据。

传像光纤束的物镜设计

在大截面传像束前置光学系统设计中,采用'负-正'型式的像方远心光路结构,在像差校正过程中引入标准二次曲面和偶次非球面,能很好地解决镜头轴外像差校正与像面照度均匀性问题,同时使镜头结构紧凑、小型化.通过理论计算和ZEMAX光学软件的优化,给出工作波长0.8～1.1μm,焦距5mm,相对孔径为1:3.8,光学长度为47.5mm,视场角为60°的镜头设计实例.对设计结果的分析表明,该镜头在31lp/mm空间频率处的MTF值超过0.78,像质优良.

用于光纤传像束的大视场低畸变物镜设计

在大截面传像束前置光学系统设计中,采用"负-正"型式的像方远心光路结构,在像差校正过程中引入偶次非球面和弯月形厚透镜,可较好地解决镜头轴外像差校正与像面照度均匀性问题,同时使镜头结构紧凑、小型化。通过理论计算和优化,给出工作在660nm,焦距f′=1.22mm,相对孔径D/f′=1∶3,视场角2ω为60°的镜头设计实例。设计结果表明:该镜头各视场在40lp/mm空间频率处的MTF值超过0.8,全视场畸变小于0.05%,场曲低于50μm,像面照度均匀,像质优良,满足像方远心光路要求,可用于实际观察和测量。

数码裂隙灯显微镜光学系统的设计与实现

利用光学设计软件Zemax设计了一套具有6×,10×,16×,25×与40×放大倍率的五档式数码裂隙灯显微镜光学系统.在传统体视裂隙灯显微镜光学系统结构的基础上将数码型裂隙灯显微镜划分为共用前置物镜、伽利略望远镜、摄影物镜三部分,用平行式伽利略望远镜系统结构来改变倍率.研究了共用前置物镜、伽利略望远镜及摄影物镜的光学特性与技术指标要求,选取了合适的透镜类型.在共轴时拥有良好的成像质量基础下,将光学系统过渡到非共轴情况,再进行优化.优化后除40×时衍射极限较低外,在6×,10×,16×,25×情况下系统调制传递函数曲线值在空间频率为115lp/mm处基本大于0.2,点列图显示不同倍率下的弥散斑大小均基本小于艾里斑.该光学系统具有良好的成像效果,且整体结构简单,易加工,成本低,其性能很好地满足了整机要求.

可见近红外波段无人机载成像光谱仪设计

为了满足地物成像光谱分析的需要,设计了同轴安装、体积小、重量轻的适用于无人机载的棱镜-光栅-棱镜型可见近红外成像光谱仪.通过角放大率选择、光焦度分配、相对孔径计算设计了视场较大的前置物镜;通过光栅方程求解、体相位全息光栅布拉格条件约束、棱镜折射定律设计了光谱系统的初始结构;通过工作光谱上下限出射角与探测器光谱维宽度的关系确定了成像物镜的焦距;通过出射光角度明确了出射光谱的非线性.设计的无人机载成像光谱仪工作光谱范围为400~1 000nm,视场角为40°,全工作波段在空间截止频率20.8lp/mm处的传递函数值均大于0.67,光谱分辨率小于3nm.装调了无人机载成像光谱仪对室外绿化树木进行光谱推扫成像实验,实现了树叶的多光谱成像.该成像光谱仪能够有效实现光谱成像,性能良好.

一种光栅型成像光谱仪光学系统设计

成像光谱仪是一种"图谱合一"的光学遥感仪器。从光栅型成像光谱仪的使用要求出发,利用Zemax软件设计了一种光栅型成像光谱仪光学系统。其中,前置望远物镜采用反射式结构,传统的卡塞格林结构在主次镜均采用非球面时校正像差的能力依然有限,设计时采用改进后的卡塞格林结构对像差进行校正,最终设计的望远镜头传函在50lp/mm处达到0.5,场曲控制在0.078以内,且不存在畸变。针对光谱成像系统通常采用的基于平面光栅的Czerny-Turner结构由于像差校正能力有限、成像质量较差不能满足仪器的使用要求。采用基于凸面光栅的光谱成像系统,该系统结构紧凑、可实现宽波段内像差的同时校正。最终设计的光谱成像系统光谱分辨率<5nm,MTF在50lp/mm时升至0.75。将前置望远物镜与光谱成像系统根据匹配原则进行组合优化后光栅型成像光谱仪系统点列图RMS半径随波长的变化均小于0.2,波长的80%的能量集中在Φ6μm范围内,波长各视场在特征频率50lp/mm处的光学传递函数均大于0.5。整个光学系统具有结构简单、像差校正能力强、结构尺寸较小的优点。