基于Zemax接口技术的人眼晶状体模型研究

对人眼模型中晶状体的面型和折射率分布进行了研究,基于晶状体的光学特性,利用光学设计软件Zemax接口技术的调入,采用不同连续公式法分别给出了晶状体不同的梯度渐变折射率分布形式;结合晶状体不同的非球面面型,比较分析了晶状体不同面型和不同梯度折射率分布的组合模型对人眼模型重现实测像差的影响;给出了重现我国人眼实测像差误差最小的晶状体模型.结果显示:晶状体的面型越复杂得到人眼模型的像差与真实人眼的测量像差就越接近;当晶状体采用Zernike面,梯度渐变折射率采用分段函数公式形式时,重现实测像差误差最小.     

热致梯度折射率对非球面光学系统成像质量的影响

机载相机在上升过程中,由于温度降低和镜头各部分材料的导热率大小不同,镜头部分会产生温度梯度,从而导致非球面光学系统产生梯度折射率.利用有限元分析软件对镜头部分进行瞬态热分析以模拟机载相机上升过程中温度的变化情况,将有限元分析不同时间节点温度分布结果导入编写的折射率梯度系数拟合程序,将所求解的梯度折射率系数通过镜面类型接口在光学软件中建立光学系统模型,利用点列图的弥散斑半径评价不同时间节点梯度折射率对成像质量的影响.结果表明,机载相机刚升入工作高度时温度梯度最大,对成像质量影响也最严重,梯度折射率系数随着温度梯度系数的降低而降低,同时成像质量提高,该结果对光学系统的设计具有指导意义.     

五轴加工中心范成铣磨离轴非球面研究

离轴非球面作为非球面的一部分,是空间光学系统、天文学和高精度测量系统不可或缺的光学器件.针对空间光学对离轴非球面光学元件制造技术的重大需求,开展了离轴非球面反射镜的精密铣磨加工技术研究.分析了五轴联动范成法铣磨离轴非球面的原理,将离轴非球面所在的同轴母镜离散为一系列不同半径的球面环带,将工件坐标系建立在待加工离轴非球面...     

基于分光光度计的食用油折射率实验研究

为获取不同食用油的光学色散特异性,须研究其折射率随波长变化特征.忽略光的散射影响后,建立了一种用于分光光度计的新双层载玻片模型,用此载玻片分别盛载菜籽油、芝麻油、餐厨废弃油、掺伪菜籽油、掺伪芝麻油,实验获取380~1500 nm的透射光谱,进而研究了5种油品的折射率随波长变化特征.研究结果表明5种油品的折射率随波长的变化特性较相似,在1210 nm、1400 nm波长处均出现折射率特征峰;各油品在其特征峰处的折射率有着显著的区别,5种油品在1210 nm波长处的折射率分别为1.512、1.472、1.456、1.576、1.612.此研究证实了新双层载玻片模型是可行的,共同折射率特征值与共同特征光谱标志着不同油品存在诸多关联性成分,5种油品在1210 nm波长处的折射率特征值,可以作为油品鉴别的有效指标.     

用粒子群算法进行单个非球面透镜的球差校正

为设计出符合球差要求的单个非球面透镜,把粒子群算法应用到单个非球面透镜的球差校正中,构造相应的数学模型,并编程实现算法.设计关于非球面高次多项式的顶点曲率半径,高次多项式各项系数,透镜面之间的距离和玻璃折射率等光学系统结构参数的适应度函数,用这个函数作为评价函数,实现对球差的自动校正.给出用粒子群算法进行单个非球面透镜设计的实例,结果证明:粒子群算法用于非球面透镜的球差校正简单有效,能同时校正不同入射高处的球差,且容易发现一系列好的设计结果.从实际光学设计角度呈现使用这种方法进行单个非球面透镜的自动设计分析.     

大口径离轴凸非球面的加工和检测

将光学系统波像差检验技术与子孔径拼接测试技术相融合提出了凸非球面系统拼接检测方法,对该方法的原理和实现步骤进行了分析和研究,并建立了合理的子孔径拼接数学模型.依次利用计算机控制光学表面成形技术和磁流变抛光技术对一包含大口径凸非球面的离轴三反光学系统的各反射镜进行加工,并对整个系统进行装调和测试.测定光学系统各视场的波像差分布,通过综合优化子孔径拼接算法和全口径面形数据插值求解得到大口径凸非球面全口径的面形信息.结合工程实例,对一口径为292mm×183 mm的离轴非球面次镜进行了系统拼接测试和加工,其最终面形分布的均方根值为0.017λ(λ=632.8 nm).     

大口径离轴凸非球面的加工和检测（英文）

将光学系统波像差检验技术与子孔径拼接测试技术相融合提出了凸非球面系统拼接检测方法,对该方法的原理和实现步骤进行了分析和研究,并建立了合理的子孔径拼接数学模型.依次利用计算机控制光学表面成形技术和磁流变抛光技术对一包含大口径凸非球面的离轴三反光学系统的各反射镜进行加工,并对整个系统进行装调和测试.测定光学系统各视场的波像差分布,通过综合优化子孔径拼接算法和全口径面形数据插值求解得到大口径凸非球面全口径的面形信息.结合工程实例,对一口径为292mm×183 mm的离轴非球面次镜进行了系统拼接测试和加工,其最终面形分布的均方根值为0.017λ(λ=632.8nm).     

折反射系统中的梯度折射率校正板

本文给出了一种类似于施密特非球面校正板作用的梯度折射率介质平板,这种介质是一种弱径向梯度折射率介质。     

具有层状晶状体的人眼模型的光学性质

为了更加符合眼睛的解剖学结构,用建立的层状结构晶状体模型代替了Hway-Lan Liou眼模型中的折射率连续变化的晶状体模型。从而建立了新的眼睛模型。在这个新的层状晶状体模型中,最外层前后表面的非球面系数与解剖学数据相符。由于层状结构使光线追迹具有特殊性。因此用C语言编制了光线追迹程序,并对此眼睛模型的光学性质进行了研究。结果表明,晶状体层数较少时,眼睛的球差曲线出现翼状结构．即层状晶状体的引入使眼睛具有多焦性．并对这种现象进行了解释;具有层状结构晶状体的眼睛和具有折射率连续变化的晶状体的眼睛能够给出等价的球差结果。     

微小非球面玻璃透镜超精密模压成型数值模拟

利用非线性有限元软件MSC.Marc,建立了微小非球面玻璃透镜超精密模压的有限元模型,并进行了微小非球面玻璃透镜模压数值模拟分析.通过对比模拟出的不同加工参量下的成型透镜和模具的残余应力分布结果,得出最优的超精密模压成型的模压速率和模压温度范围,并解释了模压速率和模压温度影响微小非球面玻璃透镜成型质量的原因.模拟可以对实际的大批量生产微小非球面玻璃透镜提供有力的帮助.     

Effect of crystalline lens surfaces and refractive index on image quality by model simulation analysis

The surfaces and refractive index of crystalline lens play an important role in the optical performance of human eye.On the basis of two eye models,which are widely applied at present,the effect of lens surfaces and its refractive index distribution on optical imaging is analyzed with the optical design software ZEMAX (Zemax Development Co.,San Diego,USA).The result shows that good image quality can be provided by the aspheric lens surfaces or (and) the gradient-index (GRIN) distribution.It has great potential in the design of intraocular lens (IOL).The eye models with an intraocular implantation are presented.     

Aberration correction of a single aspheric lens with particle swarm algorithm

In order to design a single aspheric lens to meet the requirements of spherical aberration, the particle swarm algorithm is applied to the aberration correction for a single aspheric lens. A mathematical model is constructed, and a program code is developed. Merit functions in an optical system are employed as fitness functions, which combined coefficients of a higher order polynomial equation, a reciprocal of radius of curvature, the conic constant, thicknesses among lens surfaces and refractive indices regarding an optical system. By using this function, the automatic correction of spherical aberration is carried out. The example for a single aspheric lens design using particle swarm algorithm shows that PSO as a tool of the spherical aberration correction for a single aspheric lens is simple and effective, and easy to find a series of good design results. The asphere's more complex surface profile can reduce or eliminate easily spherical aberration at different incidence heights at one time. The automatic design and analysis of a single aspheric lens using this method from the view of a particular optical design problem are presented.     

Optical design for enhanced prism type fingerprint scanner image contrast with asymmetrical aspheric lens

The design of optical prism fingerprint scanner with aspheric lens is researched. We propose a modified structure for optical prism fingerprint scanner, which has an asymmetrical aspheric lens on the output plane. It is numerically shown under elliptic valley similar fingerprint model that the optical image qualities of such a scanner are better than the scanner with symmetrical aspheric lens. When the fingerprint range is 15 mm, the results show that the minimum image contrast is 0.49 for an optical prism with asymmetrical aspheric lens, much better than a symmetrical aspheric lens with 0.20. The relative illumination variation is from 0.62 to 1.00 for optical prism with asymmetrical aspheric lens, and for the symmetrical aspheric lens it is 0.35 to 1.00. We conclude that an optical prism with asymmetrical aspheric lens is better than an optical prism with symmetrical aspheric lens.     

Automatic design of a one-to-many optical-interconnects lens system using aspherics

Use of an aspherical surface in the design of a lens system for one-to-many optical-interconnects (OTM-OI), composed of a doublet lens and a gradient-index (GRIN) lens array has been investigated. Applying the procedure of ALSIE (Automatic Lens design by Solving InEqualities), the off-axis lens systems, which feature the optical performance of the OTM-OI lens system, are optimized at 0.1 numerical aperture with a total field of view of 2°. Three aspherical designs with the aspherical surface for different surfaces are presented. The aspherical designs show preferable modulation transfer function (MTF) for high frequency as compared with the spherical design.     

Designing a plano-convex aspheric lens for fiber optics collimator

A plano-convex aspheric lens is designed to collimate the emitted light of the fiber optics. In this paper even orders of general aspheres are used to describe the aspheric surfaces sag. To determine the aspheric coefficient, the even asphere polynomial are fitted on the computed sag data. The surface sag data is determined using genetic algorithm method. The surface sag was analyzed by the commercial optical software package ZEMAX. For typical fiber optics, the numerical aperture (NA) of 0.22 was assumed. With this specification, the expected output spot diagram of 20 mm and the maximum aperture of 25.4 mm have been obtained. A comparison between here presented lens and the similar type of conventional lens has been carried out; the proposed aspheric lens corrected the spherical aberration, which led to increase in the collimated distance.     

基于主观式测量人眼波前像差的眼模型研究

通过主观式光线追踪波前像差测量方法得到用Zernike系数描述的人眼波前像差;在Gullstrand-Le Grand眼模型的基础上,引入用医用角膜地形图仪测量并用高次非球面函数拟合的实际人眼角膜形状数据,又引入角膜、前房及玻璃体厚度等个体化的眼结构参数;在光学建模软件Zemax中用所测Zernike系数建立评价函数,并对用Zernike矢高面描绘的晶状体表面进行优化.由此建立了个体化眼模型,并由此模型中可以计算得到与实际测量的波前像差值完全相同的各项Zernike系数值,从而可用于描述实际人眼的光学特性.     

中小口径双非球面数控抛光技术研究

针对口径Φ62 mm双凸非球面透镜,进行了数控研磨和抛光技术研究.提出了规范性的加工工艺流程,实现了中小口径双非球面元件的高效、快速抛光.根据计算机控制光学表面成型技术,采用全口径抛光和小抛头修抛的两步抛光法,在抛光中对其面形误差进行多次反馈补偿,使被加工零件表面的面形精度逐步收敛.最终两面的面形精度均小于0.5 μm,中心偏差小于0.01 mm,满足了光学系统中对非球面元件的精度要求,并且在保证有较高面形精度和较好表面光洁度的同时,解决了双非球面中心偏差和中心厚度难以控制的加工技术难题.     

易测量非球面定义及应用

本文提出了一种新型、易于用传统光学干涉仪测量的非球面。该非球面的检测主要基于Zemax光学程序软件设计的多重配置特性。第一配置为易于测量非球面,第二配置为采用平行平面玻璃板或单透镜作为零位校正器,用于检测第一配置的非球面。本文通过一些实例,说明了易测量非球面检测技术的应用和优势,证实了与圆锥或普通非球面相比,易测量非球面更易于操作与检测,同时有利于减小光学像差。     

基于波前像差的个性化人工晶体设计

在个性化人眼光学结构的基础上,运用ZEMAX软件的优化功能,设计了符合实际人眼光学特性的个性化人工晶体。该人工晶体不仅可以矫正离焦和像散,还引入了非球面可以矫正人眼的球差。文中将个性化人工晶体优化后得到的屈光度与经验公式计算得到的屈光度作了比较,在经验公式0.25D精确度的基础上有了提高,并直观地描述了个性化人工晶体植入前后人眼调制度和分辨率的变化情况。对样本人眼矫正后人眼分辨率最大变化由28 L/mm提高到118 L/mm,调制度由0.02提高至0.51。分析结果表明,个性化植入人工晶体的方法可以提高人眼矫正的精确度,不同人眼的波前特性不同,矫正效果也有相应的差异。