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.

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。

固态体积式真三维立体显示器中继系统设计

固态体积式真三维立体显示将三维目标体信息通过高速投影光学引擎,依据显示信息表面深度不同,分别投影到对应深度的显示体上。文章设计了用于固态体积式真三维立体显示照明光路中的中继系统,其放大率为-2,物方数值孔径为0.402,优化后畸变小于0.5%,大大提高了固态体积式真三维立体显示器照明系统的能量利用率和均匀性,降低了系统对光源亮度的要求,同时也减小了系统的发热量。

高精度成像角膜曲率计光学系统设计

为减小成像角膜曲率计沿光轴方向的对准误差,提高角膜屈光度测量精度,设计一种高精度成像角膜曲率计光学系统。光学系统包括成像系统和低相干干涉测量系统。成像系统由成像物镜、角膜和测量靶环构成,其中成像物镜采用双远心光路设计;低相干干涉测量系统采用光栅尺实现扫描反射镜的位移测量,再通过低相干干涉信号对角膜顶点和测量靶环进行定位,实现了对角膜顶点和测量靶环距离间的精确测量。成像物镜在最大空间频率为70 lp/mm处的调制传递函数大于0.4,畸变小于0.05%。设计结果表明,该系统结构紧凑,成像质量好,操作简单,满足成像角膜曲率计对角膜屈光度的高精度测量需求。

500 mm口径星地激光通信地面接收端系统设计

为提高星地激光通信地面接收端探测灵敏度和分辨能力,减少信标光捕获时间和难度,基于星地激光通信链路和设计方案,结合自适应光学(AO)技术,设计了一套500 mm口径的星地激光通信地面接收端系统。该系统采用库德光路、共口径分光探测形式,包含卡塞格林天线、倾斜镜精跟踪、AO超精跟踪、AO波前探测等4个单元。天线物镜组采用同轴卡塞格林结构,结合折射镜组构成开普勒望远结构,兼顾体积和长出瞳距的需求。在精跟踪倾斜镜和AO倾斜镜之间设计了4f系统,解决校正光轴时的瞳面漂移问题。在波前探测器和变形镜之间设计了双远心系统,构建两者共轭关系,降低波前探测的轴向误差影响。采用光学被动式方法对4个单元进行消热差设计,提高系统温度适应性。最终实验结果表明:在10℃~30℃范围内,各单元波像差均优于1/10λ(λ=632.8 nm),满足设计要求,具有一定借鉴价值和工程意义。

三倍率双远心镜头设计及视场对光学设计影响

双远心镜头具有畸变低、景深大的优点,广泛应用于机器视觉工业的在线检测领域。现在提供一种三倍率双远心光路的设计方案,以半反半透镜为界,将远心镜头分为物镜与目镜两部分,通过更换目镜,在原有物镜系统上同时实现不同的光学倍率,可满足同时观察物体的整体与局部的需求。运用光学设计软件设计出一款三倍率、低畸变、高分辨率的双远心镜头。该镜头的工作距离为100 mm,物方视场分别为100 mm和25 mm,光学放大倍率分别为-0.11×,-0.24×和-0.44×,满足低畸变(最大畸变小于0.05%)与高分辨率(145 lp/mm处大于0.3)等要求。并以此对视场大小与光学系统设计的关系进行研究。

多焦平面三维投影光学系统设计

为了解决传统立体显示器成像不满足人眼正常成像规律的问题,同时考虑到穿戴设备兼具质量小、体积小的特点,在计算分析光学系统参数的基础上,结合数字微镜元件(DMD)和压电可变形反射镜(PDM),利用Zemax软件设计出了具有多焦平面投影功能的光学系统。该光学系统由7片透镜组成,总长为200mm,视场角为40°,采用双远心光路结构。对光学系统的整体分析结果表明,改变PDM的曲率半径,可实现多焦平面的成像。人眼根据自身的调节作用,在特定位置处可观察到由各个焦面位置处(屈光度范围为0~3m^(-1))的二维图像重叠所带来的整体三维效果。最后对系统的成像质量进行分析,结果表明该系统在极限分辨率为37lp/mm时,各视场处的调制传递函数(MTF)均高于0.4,性能良好,满足设计要求。