像方远心航拍数码相机镜头设计

为了提高CCD的灵敏度,制造商在CCD上增加微透镜阵列以提高其量子效率。由于微透镜对光线有汇聚作用,要求像方光线入射角不能太大。普通镜头需增加后截距来减小光线像方入射角度,使总长度增长,且效果并不理想。本文提出采用像方远心光路设计航拍数码相机镜头,使镜头边缘视场的像方光线都几乎以0°出射,解决了带微透镜阵列的数码相机对光学镜头的特殊要求。通过像方远心光路设计的光学镜头与普通光学镜头对比,证明了采用像方远心光路设计的镜头具有分辨率高,像面照度均匀性好,长度短,重量轻等优点。

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。

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。

红外耦合光学系统设计

红外目标模拟器由红外目标图像发生器和投影光学系统组成。该红外光学系统是一个要求与2个导引光学系统的光学技术参数相匹配的长焦距、大视场和具有像方远心光路的中红外光学系统。叙述用于红外目标模拟器的红外耦合光学系统的设计原理,提出它与导引光学系统一起可组成放大倍率M=4.5×的红外投影光学系统,并指出IR-CRT产生的图像通过红外投影光学系统可成像在导引接收器上。针对给出的红外耦合光学系统的设计特点和技术要求,光学材料选取硅(S i)锗-(G e)硅-(S i),采用简单的柯克三片式结构完成光学系统设计。设计评价结果表明,该系统的光学性能和成像质量均满足设计指标要求。

汽车制动主缸补偿孔形位尺寸检测双远心光学系统研究

为了解决制动主缸补偿孔的成像问题,设计了一种远心内窥成像光学系统。在设计中采用工业内窥镜来延长成像系统的视距,它的后端与CCD摄像机相连接,并通过内窥镜的前后移动来捕捉补偿孔的图像信息。该系统由于将内窥镜的成像光路设计成一个像方远心光路与物方远心光路合一的光路,较好地解决制动主缸补偿孔图像因为虚焦而造成的检测误差问题,从而提高了系统的检测精度。实验结果表明,系统的测量精度达到0.01 mm。

折射式红外平行光管设计

针对导弹红外成像系统调试和测试的需要,设计了一种折射式红外平行光管。平行光管由准直物镜、红外靶、红外靶温度控制系统和镜筒等部分组成。准直物镜采用柯克3片式结构,且为像方远心光路,红外靶由镂空的铜板靶面和靶面后面的黑体组成,红外靶控制系统控制红外靶温差在0.2~8℃可调。对准直物镜的成像质量进行了分析,并给出了红外靶温度控制原理图。

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.

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。

基于三维缺陷检测的双光路双远心光学系统设计

针对基于SMT技术生产的PCB板产品的三维缺陷检测问题,设计了一款高分辨率、高远心度及低畸变的双光路双远心光学系统。它通过远心投影物镜经共光路物镜将DMD数字条纹均匀投影至待测物面,同时经由共光路物镜和成像物镜收集物面反射条纹光至CMOS接收面。使用ZEMAX光学软件分别对三部分镜组进行优化设计,分析了系统的像差和调制传递函数。设计结果表明:共光路物镜部分采用长工作距离、大视场角及物方远心结构,空间频率50lp/mm处,各视场的MTF接近衍射极限;投影光路畸变小于0.1%,在投影面上全视场范围MTF在6lp/mm处大于0.8且条纹周期均匀;成像光路畸变小于0.05%,在全视场范围MTF在80lp/mm处大于0.3。仿真成像结果表明,在离焦量为+/-6mm时仍能达到景深范围内分辨率要求,能有效提高3D AOI检测质量。且双光路双远心系统所用材料基本为普通玻璃且重复率较高,利于加工和节省成本。

90°视向角内窥远心测量仪的光学设计

针对深腔内深孔、微小孔或盲孔等,由于受到腔体尺寸形状和腔体结构的限制,导致对腔体内表面的检测及腔体内孔径形位信息的检测有很大的难度,设计了一种检测腔内小孔特征以及腔内状态的内窥镜光学探头。该探头为具有90°视向角、20mm大景深、高分辨率的细径内窥镜,其放大倍率为-0.71×,最大畸变为0.5%,全视场MTF在166lp/mm处接近0.1,孔径检测精度为0.01mm,分辨率为0.005 mm,且光学系统外径小于5 mm,可用于对腔体直径范围15mm^45mm、孔径直径范围0.01mm^4mm的腔体零件内微小孔径形位信息的检测。

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。

星跟踪器光学系统的优化设计

在星光制导的空间飞行器中,为准确确定空间方位信息,提高导航系统的精度,对星跟踪器光学镜头设计提出很高的要求。针对精度要求,设计了一种新型星跟踪器的光学镜头,系统地阐述了星跟踪器的工作原理,通过光学设计及相差分析,使光学系统的畸变小于0.2%、轴向球差小于0.1,该设计满足用户对高精度天文导航系统的需求。

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。

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。

传像光纤束的折-衍混合耦接器

在光学耦接器设计中引人衍射面，根据衍射光学元件的三级像差理论，通过理论计算和ZEMAX光学软件优化，给出工作波长0．4～0．7μm，焦距27mm，光学长度为62．9mm，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6mm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，而且在尺寸和质量上有显著的减少。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。

远心补偿像面稳定的共心多尺度系统设计

目前的共心多尺度系统普遍存在子相机像面不稳定的问题,这一问题直接导致了在后续的图像拼接中易于出现图像拼接错位,严重影响系统成像质量。针对这一问题,提出了一种基于像方远心光路的方法,该方法提高了子相机像面的稳定性,为后续的图像拼接减轻了压力。首先对错位现象出现的原因进行了理论分析,从理论层面分析了引入像方远心光路对改善成像系统的作用,最终设计了成像性能优异的基于像方远心光路的共心多尺度成像系统,其焦距为60 mm,F数为3,远心度小于0.2 mrad,总视场为70°,各视场弥散斑半径小于所选探测器的像元尺寸,在奈奎斯特频率为108 lp/mm处各视场的调制传递函数均大于0.6。像方远心结构的共心多尺度成像系统可以从光学结构部分改善子相机像面不稳定的问题,从而提高后端图像拼接的拼接质量和拼接效率,为后续的共心多尺度系统设计提供了更多的思路和技术途径,具有重要的理论和实践意义。

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。