变焦距投影光学系统中的远心光路设计

介绍了含有棱镜系统的数字光处理器(DLP)投影仪连续变焦距远心镜头的设计。通过对DLP投影镜头与数字微反射镜器件之间的全反射棱镜系统进行分析,发现采用像方远心光路设计方法,可使投影系统产生的杂光大大减少。进一步研究变焦距系统远心光路的结构特征,得出了使系统在整个变焦过程中都处于远心位置的光阑轴向位移方程。借助给光阑固联一个透镜(与补偿组共同补偿变倍组)所产生的像面移动,得到了变焦曲线平缓、光焦度分配均匀且成像质量较好的投影镜头。

远心光路对准误差的分析及光学调整方法

对远心光路中由于孔径光阑位置离焦和接收器检测中心偏心所产生的对准误差导出了误差计算公式并进行了分析,据此提出了消除误差的措施和光学调整的方法。

远心光路在透镜参量测量实验中的应用

为求证远心光路在实验测量中的作用,首先基于光学仿真软件CODE V,在仿真有无物方远心光路的情况下,测长数据的区别;然后拆解光具座部分组件,在光学平台搭建共轴实验光路,采集成像结果并处理数据;最后分析仿真与实验数据,结合透镜参量测量实验中需清晰观察玻罗板成像的实验要求,分析远心光路的作用.

CCD尺寸检测装置中采用远心光路的实验分析

本文介绍了一种以新型光电转换器件 CCD 为象传感器的光电式工件外径尺寸检测装置。给出了该检测装置的基本原理和组成。对检测装置中光学系统进行了较为详细地讨论。实验表明,该装置可以有效地保证检测精度,并找出了不同直径工件为保证精度所允许的移动量。

军用长出瞳距狙击步枪瞄准镜远心光路设计

为了适应单兵平台的作战需求,针对目前透射式狙击步枪瞄准镜存在成像质量较差和出瞳距离过短等问题,设计一款高精度成像的狙击步枪瞄准镜。根据系统的设计指标对物镜组和目镜组进行指标分解以及光焦度计算,使用ZEMAX软件设计具有高精度成像质量和长出瞳距离的瞄准镜光路。瞄准镜的物镜组和目镜组均采用远心光路,系统的放大倍率为10×,入瞳直径为50 mm,出瞳直径为5 mm,视场角为2.2°,出瞳距离为87.89 mm,机械筒长为403.76 mm。设计结果表明,物镜组和目镜组的成像质量均达到优良,对接后的整体光路在奈奎斯特频率为16.67 lp/mm处的调制传递函数值大于0.85,满足军用狙击步枪瞄准镜的使用要求。

高均匀性长波红外远心照明系统设计

基于数字微镜器件(DMD)的红外景象模拟器可在室内环境下模拟真实景物及其环境的红外辐射,实现对红外成像系统性能的准确测试与评估。照明系统作为红外景象模拟器的重要组成部分,为其提供红外辐射能。为使光束均匀照射在DMD器件表面,通过分析研究黑体特性及朗伯定律,确定采用像方远心光路作为照明系统的结构形式。以拉氏不变量为依据研究确定的照明系统特性参数,能够实现与投影系统完美衔接。根据设计参数完成对照明系统初始结构的计算,利用ZEMAX进行调制、优化,并完成像质评价。设计结果表明,以此方式设计的照明系统均匀性高、球差小,可进一步提高模拟仿真效果。

棒束燃料组件横流的远心PIV测量方法

压水堆棒束燃料组件通常在定位格架上设有搅混翼片,以促进横向搅混。因而,定位格架下游的横流是评判格架性能的重要依据。针对定位格架下游横流可视化测量的挑战,为粒子图像测速(Particle ImageVelocimetry,PIV)系统设计了远心光路,有效地降低了图像的畸变。此外,针对粒子图像测速对光强均匀度的要求,在测量区域采用了氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinated Ethylene Propylene,FEP)管作为实验工质水的折射率补偿材料,消除了由于固体材料折射率过大导致的类似凸透镜的聚光效果。通过标定实验及流场测量实验证明,该测量方法能够获取5×5棒束格架下游完整截面的横向流速及漩涡结构。实验观测发现:在5Dh位置翼片搅混导致的横向流场依然很强烈,其强度会随着距离的增加而逐渐减弱。

用于大截面传像光纤束的折衍混合光学系统设计

在大截面传像束前置光学物镜设计中，采用“负-正”型式的像方远心光路结构，很好地解决了镜头轴外像差校正和像面照度均匀性问题，同时使镜头结构紧凑、小型化。给出了前置物镜设计实例：工作波长0．8～1．1μm，焦距5mm，相对孔径为1：3．84，光学长度为47mm，视场角为60°。在光学耦接镜设计中采用物方远心光路结构，引入二元光学透镜，通过理论计算和ZEMAX光学软件优化，给出工作波长0．8～1．1μm，焦距33．6mm，光学长度为63．5mm，采用一个衍射面的耦接镜设计实例。该设计结果适用于单丝直径16μm，截面直径6mm的光纤传像束。

复合式多点测量速度干涉仪光学系统设计

为满足爆炸冲击作用下物质界面的速度测量需求,设计了一种复合式多点测量的速度干涉仪。采用物方和像方双远心光路,将光纤阵列出射的照明激光定点投射到待测物面上,实现了针状滴注式照明,充分利用了照明激光能量,且保证了待测物面在运动过程中具有恒定的照度。成像系统像面采用末端为大芯径的锥形光纤接收信号光,既保证了物面运动过程中信号光与光纤的有效耦合,又保证了信号的单模输出,以便进入单模光纤马赫-曾德干涉仪进行差频干涉。采用具有微小楔角、沿直径方向镀矩形带状45°反射膜的反射镜,将照明光路与成像光路同轴,并校正了成像系统的大量像散。该干涉测量系统在物面运动10mm的行程中,物面滴注式照明照度保持恒定,像面光斑大小没有超出大芯径的光纤芯径。此光学系统能够满足爆炸冲击界面的大行程速度测量需求。

CCD高精度测径系统的研究

设计了数据采集电路 ,把物方远心光路应用在测径系统中 ,提出了一种利用多项式插值精确测量物体尺寸的方法。讨论了影响 CCD测量精度的各种因素 。

薄膜宽度在线测量系统关键技术的研究

为满足生产现场薄膜宽度实时在线测量的需要,设计了并实现了高精度测量薄膜宽度的装置,系统利用稳功率的一字线形激光器照明,采用高分辨率线阵CCD作为传感器,物方远心成像光路接收以消除振动对测量影响,并采用“CPLD+MPU”硬件电路对输出信号处理,以确保测量精度.整个系统设计结构精简,实验证明了系统的可行性与健壮性.

刀具几何参数检测装置的光学系统设计

对刀具几何参数检测装置的光学系统进行了深入的研究与分析,并设计出一套测量精度为的光学检测系统。该光学系统分为成像系统和照明系统两部分,并分别利用远心光路和柯勒照明方式对其进行了详细地设计。该光学系统的研制成功,能够大大提高刀具检测装置的测量精度,具有良好的工程应用价值。

子弹壳尺寸高速光电自动检验仪的光学系统分析和设计

本自动检验仪是光、机、电、算相结合的非接触式高速自动测量弹壳长度和底部直径的仪器。在子弹壳生产线上测量精度为0．02mm，测量速度为250件／分。本文介绍了光学系统的设计，包括光路的选择；光源和有关参数的选取和计算。更重要的是导出了在远心光路中，物体沿轴向移动时，在原象平面位置上光斑直径的表达式；讨论了，投影物镜的放六倍数β，光束孔径角u与CCD节距的关系。

刀具几何参数光学测量系统设计与分析

设计了一套用于刀具几何参数精密测量的光学检测系统.该系统利用物方远心光路、柯勒照明等手段对刀具检测仪器中的传统光学成像方式进行了改进,保证了被测刀具成像精度.通过光学计算和误差分析,系统测量误差小于±1.4μm.将该套装置应用到刀具几何参数的测量仪器中,实验测试数据表明仪器的测量精度达到±2μm.

传像光纤束的折-衍混合耦接器研究

在光学耦接器设计中引入衍射面,根据衍射光学元件的初级像差理论,通过理论计算和ZEMAX光学软件的优化,给出工作波长0.4～0.7μm,焦距27 mm,光学长度为62.9 mm,采用一个衍射面的耦接器设计实例。该耦接器采用物方远心光路结构,适用于单丝直径16μm,截面直径为6 mm的光纤传像束。对设计结果的分析表明,折-衍混合耦接器不仅在光学性能方面优于传统的光学耦接器,而且在尺寸和重量上有非常显著的减少。实际的室内外成像实验证明,光学设计软件的仿真结果是正确的。

数字型航空相机的光学系统设计和像质评估

当前研制的数字型航空相机的成像原理与传统的胶片型相机不同,它是采用大面阵CCD作为摄像敏感器件,在曝光时间内完成对图像的拍摄。分析了数字型航空相机光学系统设计的注意点,即光学系统选型的问题。并对像质评估的问题进行了探讨,介绍了评价数码相机成像质量好坏的方法——采用调制传递函数(MTF)进行严格的量化评估。同时,对影响光学系统MTF的各个因素进行了详细的分析,并给出了相应的计算公式和计算结果。

一种基于光纤传像束的可编程结构光投射器的设计

充分利用光纤传像束可弯曲以及长距离传输图像等优点,用它代替传统的光学系统,结合DLP(Digital Light Process-ing)数字投影技术,解决受限空间内小物体三维形貌测量系统的结构光投射问题,研制了具有普遍适应性的小型可编程结构光投射器.构建了结构光投射系统,投射终端直径13 mm,长度40 mm,实现了小型化,系统可通过计算机编程控制投射出包括点、点阵列、线、多线、十字线和同心圆等多种模式的结构光条纹,验证了设计的可行性.

空间TOF相机大视场光学镜头结构优化设计

为使某航天设备上所搭载的小型空间(TOF)相机在宽温度工作范围以及复杂动力学环境下能够较好成像,对空间TOF相机大视场光学镜头开展了优化设计。首先,根据镜头的设计指标要求采用近远心光路设计了光学系统,并对系统进行了分析;然后通过对比材料性能,选取铸钛合金(ZTC4)作为镜头支撑结构材料;并探讨了镜座在加工前、后的加工工艺;随后利用有限元参数化优化和自适应响应面优化算法对镜头关键部件之一的镜筒(壁厚)进行了优化设计。优化后镜筒的质量由75 g减少至51.2 g,减重率达到31.7%;最后对整机进行了过载适应性分析、温度适应性分析和模态分析,并进行了相关测试试验。分析和试验结果表明:该空间TOF相机的各项光机结构性能均满足设计指标要求。

VCM磁钢自动检测系统的光学系统设计

为VCM磁钢自动检测系统设计了一套高精度的光学系统。该光学系统分为成像系统和照明系统两部分,利用远心光路方式对成像系统进行了设计。通过光学计算,给出了焦距为16mm,相对孔径为1:2.5,视场角为120°的成像系统设计参数。所试制的样机经过实验表明镜头成像清晰,性能可靠,满足测量精度要求。

基于线阵图像传感器的测径系统设计

运用几何光学测量物体尺寸的理论和方法,设计了一种基于线阵图像传感器的线径测量系统中的成像系统。利用多项差值法采集边缘点数据,确定被遮挡像元的个数。讨论了影响线径测量系统测量精度的各种因素,在分析线径测量系统主要误差的基础上给出了系统误差的计算公式和计算结果。实验结果显示,该系统运行稳定可靠,测量精度较高,可用于测量微小物体线径。