透射式内调焦宽光谱光学系统的设计与分析

为了在实现系统内调焦的同时保证宽光谱系统的优良像质,通过合理选材对宽光谱光学系统中存在的位置色差以及二级光谱进行校正,并提出了一种内调焦宽光谱光学系统的设计方法.建立内调焦消色差的数学模型,推导系统设计所需满足的公式.结合提出的数学模型与推导出的公式,以焦距为90mm、F数为2.8、具备内调焦功能的宽光谱光学系统为例进行验证.结果表明,系统可在420~900nm的宽光谱范围内对0.2~200km位置内的目标进行色差校正,验证了内调焦宽光谱光学系统设计方法与消色差数学模型的正确性.     

宽光谱微光准直镜方案设计

介绍宽光谱大视场微光准直镜的光学设计和镜组结构方案,侧重叙述大视场微光准直镜的二级光谱校正方法。根据初级像差理论,由半部系统出发,给出了系统的初始结构。通过理论分析和ZEMAX光学设计软件的优化,结合工程应用给出了工作波长为（0.486～0.863）μm、全视场,相对孔径为1∶7.85的镜头设计实例,其二级光谱为0.01mm。该镜头由6块镜片组成,包括一个标准抛物面,在20lp/mm空间频率处MTF值超过0.8。准直镜的像差满足使用要求。     

透镜转像式军用瞄准镜物镜设计

为了满足瞄准镜体积小、重量轻的要求,需要物镜采用摄远型结构。分析了摄远型透镜转像式物镜的光学特性与像差特点,提出了摄远型镜组、正场镜和对称式转像镜组构成的结构型式。依据系统的成像特性,推导了光焦度分配和外形尺寸计算公式。采用光学设计软件Zemax设计了摄远型透镜转像式物镜,系统焦距为-100 mm,入瞳直径为25 mm,视场角为8,系统总长仅为99.92 mm。设计结果表明,采用该方法设计的瞄准镜物镜在40 lp/mm处各个视场的调制传递函数均在0.2以上,满足目视光学仪器的使用要求。     

微形大孔径鱼眼车载镜头光学设计

将典型反远摄镜头设计方法与PWC法相结合,从理论模型出发搭建初始结构,借助光学设计软件ZEMAX辅助设计.得到一款工作波段436 nm、486 nm、546 nm、587 nm、656 nm,F#1.5,全视场角160°,光学总长18.5 mm,可应用于车载后视系统的镜头,比市场上现有产品指标有明显提升,镜头高低温性能...     

20元长焦距变焦镜头的设计

已设计出70mm像幅的变倍光学透镜系统。该系统有20个光学元件,变焦范围为345mm—1050mm,能在可见光谱范围内进行适当的彩色校正。直径4英寸的窗口决定了光学透镜系统的F数。用MacPlus计算机操纵步进电机,该透镜系统就可工作。这个透镜系统是为洛斯阿拉莫斯国家实验室M-8设计的,由于它不是商用变焦镜头,所以在5m调焦距离上其放大率应从1/15变化到1/14。此外,要求用旋转反射镜式超快速扫描照相机可将大尺寸的非标准像幅记录下来。Nikkor镜头的最短调焦距离为6m。     

宽谱段近红外星敏感器光学系统的设计

近红外波段测星已成为星敏感器的重点发展方向之一,针对近红外星敏感器使用波段宽的特点,依据消二级光谱理论中可行的两种消二级光谱方法,采用选取相对部分色散系数相同或接近、色散系数相差较大的玻璃组合的方法对近红外星敏感器光学系统进行设计。设计了一组工作波长为900 nm ~1 700 nm,F数为1.5,焦距为150 mm的光学镜头,该镜头在宽光谱范围内实现了二级光谱的校正,在空间频率等于32 lp/mm时各视场MTF均大于0.65,使系统具有良好的像质,能够满足近红外波段的测星要求。     

低畸变宽工作距机器视觉镜头光学设计

机器视觉镜头参数要求有别于其他镜头，为了保证测量精度，要求镜头的光学畸变很小甚至接近零，有的工作场合还要求有很宽的工作距等。设计一种机器视觉镜头，使用8枚球面镜片，采用固定后组，移动前组的调焦结构，实现了在空间频率120 lp/mm处，工作距从无穷远到超近摄0.1 m时，镜头畸变小于0.1%，MTF全视场大于0.4的性能要求。光学系统后组使用了两枚镜片，与后组只有一枚镜片的架构不同，不仅提升了光学性能，还有利于系统的平衡及稳定。整个光学系统没有非球面，也没有高折射率或高阿贝数的特殊玻璃，均为常见的冕牌玻璃和火石玻璃，降低了镜头成本,镜片加工及组装公差范围内量产优良率达90%以上。该镜头光学系统可广泛应用于机器视觉尤其是智能机器视觉行业。     

宽谱段折射式长焦光学镜头

介绍了宽谱段、折射式长焦镜头的光学设计.重点讨论了宽谱段(420～900 nm)二级光谱的校正问题,修正了部分色散（P）和阿贝数（V）的计算公式,使之适合于宽谱段光学系统的设计,并给出了设计实例及设计结果.本系统理论上的二级光谱约为1.2 mm,而设计结果使三条谱线（420 nm、600 nm、900 nm）基本交于一点,实际二级光谱约0.23 mm.     

长焦距小型无热化电视光机系统设计

针对长焦距小型化电视的设计要求,采用摄远型光学结构压缩系统的轴向尺寸,使摄远比达到了0.53,并对系统进行了消杂光及光机无热化设计,通过合理地设置光阑减少系统的杂散光,选择合适的结构材料与光学材料相匹配,在整个工作温度范围（-40 ℃～+65 ℃）,像面漂移量在焦深范围内,20 lp/mm时系统的MTF在0.7以上,点列斑4.7 m,小于探测器的像元尺寸6 m,光轴稳定性达到了0.04 mrad,系统无需调焦便可满足高低温等恶劣环境下的像质和光轴稳定性要求。试验结果表明:探测和识别特定目标距离均达到了指标要求。     

宽视场高分辨率闭路监控系统监控镜头设计

为了满足新形势下闭路监控系统（CCTV）对拍摄视场和高清分辨率的要求,设计了一款复杂化的反摄远型全球面结构的CCTV镜头。该镜头的全视场为80,F#为3,焦距为5 mm,光谱范围为486 nm~656 nm。采用像元尺寸为7.5 m7.5 m,1.27 cm(1/2英寸)的CCD成像。该镜头在奈奎斯特频率67 lp/mm处,全视场MTF接近0.65;在1/2奈奎斯特频率处调制传递函数（MTF）大于0.85;在220 lp/mm处,全视场MTF大于0.3,已经接近衍射极限。镜头像面波前PV值为0.077 9,RMS为0.015 9,达到了瑞利判据的要求。设计评价结果表明,该镜头像差校正满足CCTV监控镜头的成像质量要求。     

应用于激光扫描投影仪器的动态聚焦技术研究

为了实现激光投影仪器或系统的自动聚焦，研究搭建了激光动态聚焦系统。该系统可依据背向反射光强信号的变化调节聚焦系统的镜组间距，使激光扫描投影系统能够在不同距离的投影面上聚焦出最小光斑，从而提高系统的定位精度。根据激光动态自聚焦系统的原理，设计了光学杠杆型和反远距型2种动态自聚焦方案，并推导出相应的数学模型；利用ZEMAX光学设计软件进行仿真实验，通过比较得出响应更加灵敏、结构更加合理的自聚焦系统；搭建新型自聚焦激光扫描投影系统对动态自聚焦性能进行了验证。实验结果表明:反远距型动态自聚焦系统更加合理，在4.5 m处的投影面上，汇聚光斑直径最优可达0.2 mm，可使激光扫描投影仪在进行辅助装配时的定位准确度提高至0.1 mm，能够达到先进制造装配工程中零部件的精准定位要求。     

隐秘型CCD微摄像镜头光学设计

为了满足隐秘型ＣＣＤ摄像光学系统的广角视场、长工作距离、小空间尺寸、隐蔽性能好、成像质量优良等特殊要求。提出一种以同心透镜作为负组,置孔径光阑于镜头前方的新型反远摄结构。对其设计思想、像差特点进行了分析,并给出了ｆ′＝３６ｍｍ,２ω＝８０°,ｌＦ′／ｆ′＝１１的隐秘型ＣＣＤ微摄像镜头的像差和传函计算曲线     

Single Telephoto Lens for Focus Error Detection with Astigmatic Method

An astigmatic method for focus error detection has been integrated into a singlet. The first convex and the second concave surfaces compose a telephoto system with a telephoto ratio of about 0.4. The first surface of the lens is rotationally symmetrical asphere and the second surface is a toric shape whose aspherical profiles correct spherical aberration. We implemented our optical design using a molded glass process. Its performance was confirmed using the optical head of a magneto-optical disk system.     

基于Wollaston棱镜的图像复分快照式成像光谱仪设计

设计一种以Wollaston棱镜为分光元件的图像复分快照式成像光谱系统,主要包括前置望远物镜、准直镜、Wollaston棱镜组、成像镜和补偿滤光片。此类光学系统可以一次曝光获取同一目标景物在不同波长下的二维信息。光束经过Wollaston棱镜组分光,为了使不同波长对应景物不至于重叠,要求分束角度比较大,这样进入成像镜的光线入射角度相对较大,无疑增加了成像镜的设计难度。分析了基于Wollaston棱镜的图像复分快照式成像光谱仪的原理及特点,设计了一套完整的成像光谱系统。全系统结构复杂,光学系统的光阑必须匹配好。为了使得不仅单个镜头成像质量良好,而且镜组之间能够良好的衔接,将前置望远物镜设计为像方远心结构,准直镜设计为物方远心结构。全系统采用多重结构,使得16个谱段在56线对处的MTF值均接近衍射极限,点列图中RMS值基本都在艾里斑以内,系统成像质量良好。     

基于多重结构的平显视差仪中内调焦物镜设计

根据平显视差测量原理中自动调焦的要求,设计了一个相对孔径与调焦范围均较大的内调焦物镜。针对内调焦传统设计方法的不足,在对内调焦各镜组选型后将它们组合成为一个系统,采用多重数据结构设计的方法,对不同物距下的结构进行同时优化,从而解决了近距离的成像质量难以控制的问题。所设计的内调焦物镜在不同的物距下成像质量稳定,无穷远时光学传递函数(MTF)值在空间频率为120 lp/mm时轴上与轴外均达到0.4以上,物距在300 mm时轴上视场MTF为0.3,轴外视场弧矢MTF在0.3以上,子午MTF达到了0.2;相对畸变均控制在1%以内,有利于后续的图像处理工作。     

Suppression of primary chromatic aberration by genetic algorithm in an advanced telephoto lens

This paper proposes a new method for finding a suitable glass combination set for an advanced telephoto lens via a genetic algorithm (GA). Normally, glass properties, inclusive of index and Abbe number, play a significant role in the elimination of primary chromatic aberration. So many optical glasses (over 300 different refractive types) have been developed hitherto that it is difficult to choose a state-of-the-art glass combination quickly. According to the newly developed GA operations in this paper, however, several suitable glass combinations can be found quickly through a unique sequence of function selection, crossover and mutation. An advanced telephoto lens design is employed in this research, which has the characteristic of being more sensitive to axial aberrations than lateral chromatic aberrations. The GA operations are described in the macro of the optical software program, CODE V. The simulation results in this research show that the primary chromatic aberration is efficiently eliminated after the application of GA. The main goal of this research is that during optimization, error function could be minimized only if primary aberrations are well under control in our first step; in a telephoto lens, the secondary spectrum of longitudinal chromatic aberration and lateral chromatic aberration caused by distortion play a role in chromatic aberration control as well; however, optimization with a combination of both primary chromatic aberration and secondary chromatic aberration will complicate the process with a lot of working variables. The GA method introduced in this paper might efficiently eliminate the primary chromatic aberration first by finding the best glass combination and its trend and then simplifying the following optimization process for all optical systems.     

用于航天的高分辨率大视场光学系统设计

设计了一种用于图像拍摄的高分辨率大视场光学系统,其结构形式为复杂化的反摄远基本型.主要光学参量为:f′=6.59 mm,2ω=62°,F数为2.2;在85 lp/mm处,MTF达到0.8,在230 lp/mm处MTF为0.46,基本达到衍射极限,光谱范围为0.486~0.656 μm.设计评价结果表明,该系统的光学性能能够满足成像质量要求,达到了大视场、高分辨率的目的.