变焦距物镜高斯光学参数的求解

针对变焦距物镜设计中高斯光学参数求解的难点,利用几何光学和乘子罚函数法对单变倍组与单补偿组、双组连动和多组元全动型等变焦距系统的高斯光学参数求解进行了研究,给出了系统高斯光学参数的求解方法.给出的计算方法不仅可用于求解多组元全动型系统的高斯光学参数,对简单系统的变焦参数求解也有效.

变焦投影物镜光学系统设计

设计了在相同光学引擎、相同屏幕位置下,能满足不同屏幕尺寸需要的变焦投影物镜。该变焦投影物镜的焦距变化范围为22mm^37mm,视场角为46°~75°,F数为2.8。考虑设计的光学系统要求相对孔径较大,具有大视场角和小变焦倍比,根据变焦理论,采用正组补偿的机械补偿法,并对变倍组、补偿组进行合理的倍率选段,求出高斯解;然后对各组元分别选用合理的初始结构,利用Zemax光学设计软件进行优化设计,适当添加非球面。采用二、四组元运动的机械补偿法解决了大视场变焦系统畸变难以控制的问题,并利用调制传递函数综合评价了整个光学系统。设计结果表明:该变焦投影物镜系统的光学结构和成像质量均符合设计指标要求,在空间频率64Lp·mm^(-1)处调制传递函数(MTF)值均大于0.3,畸变小于1%。

LCoS背投光学引擎中变焦投影物镜设计

设计出变焦投影物镜，能满足相同光学引擎、相同屏幕位置下不同屏幕尺寸的需要。考虑到所设计的系统为大相对孔径、中等视场和小变焦比，从变焦理论出发，采用正组补偿的机械补偿法，对变倍组进行合理的倍率选段，求出了高斯解；然后分组元选用合理的初始结构，利用ZEMAX光学设计软件进行优化设计，解决了变焦系统畸变难以控制的问题，并使用调制传递函数对整个系统进行了综合评价。设计结果表明：该变焦投影物镜系统的光学性能和成像质量均满足设计指标要求，能应用于101．6～177．8cm的大屏幕电视。

适用于无人机小型吊舱的变焦控制系统设计

随着无人机光电吊舱向小型化发展,对其变焦系统提出小型化、快速化的要求。本文设计了一种小型分段变焦系统。利用步进电机和透过型光遮断传感器构成调焦组件,设计了系统硬件电路和调焦算法,实现了光学镜头的快速分段变焦和焦距值的实时输出。系统采用离线方式标定聚焦点位置和焦距值,标定过程中使用Tenengrad函数、Brenner函数、平方梯度函数判断出聚焦点位置,同时利用自准直法测焦仪测量镜头的焦距值。最终实现变焦系统重量小于100g,焦距值误差小于1%,短焦与长焦的切换时间小于1.7s。

5倍变焦距光学系统小型化设计

为了完成飞行器导引头目标识别与探测任务，以短焦距、大视场进行搜索并确认目标，以长焦距、小视场进行高精度目标识别。通过选择正组补偿的机械补偿法，采用3种普通光学材料，在长焦距位置，将前固定组、变倍组的组合设计为远摄型，使得系统结构紧凑，满足导引头小型化的要求。利用CODEV光学设计软件，优化设计了焦距为30～150mm，视场角为12．90°×10．25°～2．59°×2．07°，筒长仅为174mm的变焦距光学系统，得到成像质量优良的设计结果。各焦距、全视场平均传递函数值在50lp／mm时为0．695，测试结果为0．562，满足系统的性能要求。

可见光变焦镜头结构优化设计

针对某变焦光学镜头在宽工作温度(-40～+55℃)下光轴与安装基面的平行度变化容限小(≤0.2 mrad)的特点,利用UG软件的高级仿真模块设计了主镜筒及其支架的安装方式,得到了不同情况下主镜筒的变形分布图。提出了一种光轴变化量的估算方法,间接估算出其光轴变化量,从而优化得到了合理的镜头结构方式。实物镜头的光学传递函数检测及振动试验结果显示,调制传递函数值高于0.2,结构基频为117 Hz。结果表明:系统成像稳定清晰,变焦镜头结构优化设计合理。

正组补偿变焦距镜头的焦距输出函数

用于精密跟踪测量的变焦距镜头不同于普通的变焦距镜头，要求其在变信过程中实时输出高精度的系统焦距值。本文从几何光学理论出发，并结合实际变焦距镜头的参数，讨论了二组元大变倍比正组补偿交焦距镜头的焦距输出函数，可避免对变焦距镜头实际焦距的逐点标定工作．

连续变焦镜头凸轮曲线压力升角优化研究

连续变焦镜头凸轮曲线压力升角优化设计是镜头性能的重要影响因素。结合镜头中凸轮驱动结构形式及力学理论,分析了凸轮曲线的压力升角对系统传动力矩的影响;结合机械加工误差以及压力升角模型,提出凸轮曲线优化约束条件及优化原则;同时借助Gauss函数的平滑特性,实现凸轮曲线沿垂直于光轴方向非均匀展宽的优化方法,抑制凸轮曲线的最大升角。结合Gauss函数寻优处理对某光学设计获得的变焦凸轮曲线进行优化,在约束条件限制下保证曲线平滑性,凸轮曲线压力升角的范围由0°~39.01°优化到15°~31.16°,最大升角降低了20.12%。结果表明,该方法能够有效地应用于凸轮变焦系统设计以提高系统的性能。

基于液晶透镜的电控式光学影像缩放系统

为了在便携式设备上实现光学影像缩放,不包含机械式移动的光学系统开发是必要的,因此,我们对可电控改变焦距的液晶透镜所组成的光学系统进行研究,研究内容包含液晶透镜焦距对于放大率、变焦比以及对焦范围的关系。由于单片液晶透镜仅能达到对焦功能,因此我们首先利用两片液晶透镜组成的系统来计算不同物体距离的影像缩放条件。接着,我们利用三片液晶透镜,做到与机械式系统相同,可单独控制清楚物体平面距离以及控制影像大小的系统。实验结果表明:利用三片透镜屈光率从-11.3m-1连续电控调整至24.9m-1的液晶透镜,可实现清楚物体平面距离由10cm连续调整至100cm且缩放比为6.5∶1的光学缩放系统。我们利用不同调焦范围的液晶透镜,根据设计原理,来达成不同对焦范围与不同缩放比的电控光学缩放系统。

步进电机驱动的直线变倍成像系统研究

为了满足无人机光电载荷的体积和重量要求,并有效解决传统凸轮机构加工精度要求高、系统易产生机械振荡等问题,提高系统的响应速度和变焦精度,对基于步进电机驱动实现连续变焦的直线变倍成像系统进行研究。采用二相混合式步进电机驱动实现机械补偿式变焦系统的变焦聚焦功能。首先,本文研究了基于步进电机的直线变倍成像系统的工作原理与构成,完成硬件平台的搭建,利用单片机控制实现步进电机的加减速过程。然后构造适合本系统的图像清晰度评价函数,并采用扫描反馈搜索算法完成对镜头焦距值的标定,将标定结果载入聚焦算法。最后,完成系统的性能测试。测试结果显示,采用速度控制模型后,步进电机的定位误差显著降低,范围在0.010 mm以下,整个系统的变焦精度远远小于1%,而且光学性能和外场拍摄性能较好。该基于步进电机的直线变倍成像系统满足无人机光电载荷的适用性要求。

基于Alvarez变焦透镜的渐进式调节功能生物反馈训练眼镜对青少年眼调节功能影响的初步研究

目的评估基于Alvarez变焦透镜的渐进式调节功能生物反馈训练眼镜作为改善青少年受试者调节滞后和调节幅度工具的有效性。设计随机对照试验。研究对象8~16岁青少年受试者32例。方法受试者随机分为两组。训练组在日常近距离用眼时佩戴调节功能生物反馈训练眼镜进行训练,每天2次,每次30分钟。对照组则保持日常近距离用眼习惯不变,但不佩戴训练眼镜。训练前、训练后4周进行常规眼科和调节功能检查。调节功能检查包括调节反应、AC/A、负相对调节、正相对调节、调节幅度和调节灵活度。主要指标调节幅度和调节灵活度。结果训练组9名女性和7名男性,平均年龄(9.3±2.8)岁,屈光度为(-1.36±1.27)D;对照组8名女性和8名男性,平均年龄(10.3±2.6)岁,屈光度为(-0.95±2.18)D。两组年龄、屈光度、调节功能无明显差异。经4周训练后,训练组的调节幅度增加了4.95 D(95%CI:2.60~7.30 D)、调节灵活度增加了2.6周/分钟(95%CI:0.8~4.4周/分钟)、调节滞后值降低了0.66 D(95%CI:-1.20~0.12 D)、负相对调节值增加了0.36 D(95%CI:0.04~0.71 D)。对照组的调节功能各项指标均未见明显变化。训练组在试验结束时的调节幅度(t=3.147,P=0.004)和调节灵活度(t=2.527,P=0.017)明显高于对照组。结论采用Alvarez变焦透镜的渐进式调节功能生物反馈训练眼镜进行调节运动训练,能够改善青少年的调节幅度和调节反应,值得进一步深入研究以评估其对青少年近视进展的影响。

紧凑型变焦距数码镜头设计

设计了一款2.4倍变焦距的紧凑型数码镜头,焦距的变化范围是3～7.2mm,视场的变化范围是62°～30°。该镜头是个3组结构,第1组是个固定组,2,3组是变倍组,共有4个透镜。该镜头组是一个典型的负正正(NPP)结构,第1组是一个负透镜,第2组是一个正透镜组,第3组是一个正透镜。其中,第2组包含两个透镜,这样有利于色差的控制。镜头中所有透镜的材料均为塑料材料。调制传递函数被用来评价变焦距系统的成像质量。变焦镜头的调制传递函数值在空间频率142lp/mm,0.7视场处,均大于0.3。该镜头的总长度为10.7mm。该镜头的像质可以很好地满足消费性电子产品的要求。