大焦深成像系统仿真实验研究

如何增大非相干光学成像系统的焦深是应用光学研究领域的热点问题 .本文对采用高次非球面光学掩模板与图像处理相结合增大成像光学系统焦深的新方法进行了深入分析 ,建立了大焦深成像系统仿真实验模型 ,并进行了大焦深成像系统仿真实验 .实验结果证明了该方法在维持原相对孔径的同时使光学系统在较大的离焦范围内有好的成像质量 .实际应用中还要综合考虑模板参量。

大焦深成像系统的特性研究

如何增大非相干光学成像系统的焦深已成为一项有意义的研究主题。为了增大焦深 ,通常的做法是缩小相对孔径 ,但这种做法会降低光学系统的光通量、调制传递函数 (MTF)及分辨率 ,而大焦深成像系统通过在光学系统光路中加入一特殊设计的非球面掩模板 ,并用图像处理技术对相位掩模板编码后的图像进行解码得到清晰图像 ,保证了光学系统在维持原有相对孔径的同时扩大其焦深范围 ,使光学系统在离焦范围内有好的图像质量。从光线图和系统的 MTF两个方面对大焦深成像系统的特性进行了分析 ,并对结果进行了讨论。

无衍射光的大焦深成像系统及图像复原

提出了一种光学、数字图像处理技术相结合的可扩大光学系统焦深的新型成像技术。利用轴锥镜产生无衍射光,无衍射光束具有中心光斑直径小且传播距离远的特性,将无衍射光理论与技术应用到成像系统中可加大焦深且无需调焦。介绍了大焦深成像系统的基本原理,分析了系统的焦深,建立了大焦深成像系统实验模型,并用图像复原方法对实验图像进行了较好的恢复。实验结果证明采用无衍射光与图像处理技术相结合增大成像系统焦深的方法能使成像系统在较大的范围内有较好的成像质量。

大焦深离轴超透镜的设计与制作

基于单层超表面结构,设计并制作了一种具有大焦深的离轴超透镜.利用相位叠加的设计方法,将偏转与聚焦这两个功能合二为一以实现离轴聚焦,并通过优化入射孔径和离轴偏转角来增大焦深.实验结果表明:当入射电磁波的频率为9 GHz时,离轴偏转角为27.5°,焦距为335.4 mm,这与30°和350 mm的预设值比较符合.在8,9和10 GHz三个频率下的焦深分别为263.2,278.5和298.2 mm,分别对应波长的7.02倍、8.36倍和9.98倍.该离轴超透镜结构简单,具有良好的离轴聚焦能力和较大的焦深,这在小型化、平面化的大焦深成像系统以及离轴光学系统中具有潜在的应用前景.

大焦深光学投影镜头设计

根据镜头初始数据改编,设计了一款焦距为12mm,F数为8,视场角为60度,焦深范围为0.84mm的超短定焦投影镜头。经测试表明,镜头在全使用球面镜的条件下像差较小,空间分辨率较高,焦深范围大,是一款整体效果不错的大焦深投影镜头。

大焦深内窥镜光学系统设计

医用内窥镜技术要求在大的物距范围内实现清晰成像,但其使用环境又对系统尺寸及镜片数目的要求非常严格,难以利用传统方法实现光学调焦。在传统的光学设计中,通常依靠减小相对孔径来增大系统焦深,往往会造成许多负面影响。介绍了一种电润湿型液体可变焦透镜,并在这一新型元件的基础上,设计了一种微型可调焦光学系统。该系统依靠外加电压控制液体透镜焦距做微小改变,从而校正由于物距变化产生的离焦,增大内系统的焦深,同时保证系统的微型结构。这一设计将使内窥镜的使用更加方便,有着广泛的应用前景。

波前编码成像系统仿真实验

扩大非相干光学成像系统的焦深已是应用光学领域热点问题。从相位掩膜板的基本原理出发,对其调制传递函数(MTF)的性质进行了深入分析,并从仿真实验结果中提出了一个重要参数a的设定方法,从而使得成像系统即使在前向离焦和后向离焦的较大范围内(-20￡ψ￡20)内传递函数仍表现出极不敏感性。这样可以用其最大离焦范围内中任意调制传递函数逆变化来还原图像。仿真实验证明了用该方法的可行性。

光学系统、成像与分析

TH703 2003053255部分相干光学成像系统的光学传递函数和像质评价准则=Optical transfer function and image evaluation criterion ofan optical system with partially coherent illumination[刊,中]/向阳(中科院长春光机所应用光学国家重点实验室.吉林,长春(130022)),向才新//光学学报.-2002,22(11).-1375-1381根据光学成像理论,建立了部分相干成像光学系统的光学传递函数。该函数与非相干成像光学系统传递函数相同,因而部分相干成像和非相干成像两者的光学系统波面像差公差标准也是相同的。

基于达曼波带片的多焦点人工晶体设计

提出了一种多焦点人工晶体的设计方法,即将达曼波带片作为光学部刻入单焦点人工晶体表面。达曼波带片由一系列的同心圆环构成,是将达曼光栅的位相调制思想引入传统波带片而形成的一种实用光学元件。经过对衍射级次的调制,它能在聚焦透镜后方光场处产生一系列的轴向焦斑分布。通过结合不同数值孔径的聚焦透镜,焦斑的强度分布也会有一定比例的变化。通过理论模拟和实验验证,为多焦点人工晶体的制作提供了一种有效的设计方法。该多焦点人工晶体拥有五个焦点,能够同时提升白内障患者在不同距离视物时的视力,并为他们提供更加清晰细致的成像效果。

矫正老视新方法—光剑人工晶体

为了矫正老视眼,使其达到在连续范围内清晰视物的目标,探索性地将具有大焦深成像性能的光剑元件（LSOE）作为人工晶体（IOL）引入人眼模型中,运用Matlab数值模拟的方法,模拟了0～4D物距内视网膜上的成像效果。同时从E图、调制传递函数（MTF）曲线和斯特列尔比率这三个角度,将该人工晶体的成像效果与老花镜和反向轴棱镜进行对比分析。结果显示,带有光剑人工晶体的人眼模型基本实现了阅读距离（25 cm）至无穷远处的清晰连续成像,在成像质量上占有优势,并且具有大焦深效果受瞳孔缩放影响较小的突出特点。