高精度角膜曲率半径测量系统

为了实现成像角膜曲率计沿光轴方向的精确对准,提高角膜曲率的测量精度,设计了一种高精度成像角膜曲率测量系统。对该系统的成像光源、成像光学系统、干涉测量系统等进行研究。通过LED阵列均匀照射靶环形成光源;成像物镜采用双远心镜头,使景深变大,有利于对准测量,同时保证成像物镜的放大率不会受景深的影响;引用低相干干涉测量技术,利用低相干干涉信号定位角膜顶点和测量光源的位置,利用光栅尺监测扫描反射镜的位置,实现了角膜顶点到测量光源距离的精确测量。最后,分析了该系统成像物镜放大率的稳定性和角膜曲率测量误差,在理论基础上,做出了实验样机,用所设计的样机对标准角膜模拟眼进行测试,系统精度达到±0.02 mm,基本满足角膜曲率的测量要求。     

角膜曲率测量中自动识别的对焦评价

角膜曲率测量一般是采用视标成像的方法得到角膜的反射像后,通过对反射像的再成像间接得到角膜的曲率半径。为了实现对角膜曲率测量图像的对焦判断,在简化角膜曲率测量系统的基础上,对获取的图像对焦算法进行研究。对角膜曲率测量图像的六个测试光标分别进行像素统计,初步判别过度离焦的状态。对角膜曲率测量图像进行四方向Sobel算子的卷积运算,对得到的边缘增强图像进行对数灰度级像素统计,得到对焦评价值。将该算法与Tenengrad函数、方差函数和单一对数灰度级像素统计评价函数算法做对比实验,评价该算法的可行性。实验结果表明,该对焦评价函数具有良好的精确度、单峰性、灵敏度和无偏性,对细节信息较少、结构简单的图像的对焦评价方面有应用前景。     

眼角膜曲率仪的测量和设计

眼角膜曲率仪又称角膜计。是应用光学方法测量人眼眼球角膜半径的一种光学仪器。测量是通过光学系统中的两个光标,从角膜反射经透镜组和两组光楔测微补偿器的轴向调节来测出两个光标像的间隔,再计算出曲率半径。本文最后部分分析了影响被测半径精度的各种因素。     

眼镜、放大镜、显微镜、望远镜

提出了一种采用光学投影成像和自扫描光电二极管列阵(SSPA)传感器实现隐形眼镜曲率、光学中心厚度和直径测量的新方法,基于此方法设计成功了一种新型隐形眼镜投影测量仪。介绍了仪器的测量原理、仪器结构、光电二极管列阵信号采集以及单片机控制系统的硬件和软件设计。该测量仪测量镜片曲率半径的精度优于士0.1 mm,测量镜片光学中心厚度的     

广角大相对孔径f-θ透镜光学设计

激光扫描系统中f-透镜是必不可少的部件,针对目前国内激光扫描系统工作面小、测量速度慢、测量精度低等缺点,设计出一种大视场大相对孔径f-透镜以改善以往系统的不足,提高工作效率。设计中透镜是一种负畸变透镜,属于像方远心光路,预期参数为2=60,D=120 mm,f=500 mm。经过计算后,利用Zemax软件对f-透镜模型进行了优化设计,得到艾里斑直径3.514 m,扫描范围为500 mm500 mm,相对孔径为6/25的大工作面大相对孔径的f-透镜,成像清晰,优化结果达到了预期的设计指标。     

环形线负载驱动变曲率反射镜技术

从薄板弹性理论出发,对可实现曲率变化的环形线负载驱动模型进行分析,给出了基于该模型的大镜厚比变曲率反射镜的形变方程.以较小的驱动力实现较大的中心形变为目标,利用MATLAB软件对不同反射镜厚度、驱动环半径下的反射镜形变情况进行模拟计算,结果表明,反射镜厚度范围在2~4 mm之间、驱动环半径数值在反射镜有效半径1/2处最佳.以此为依据,设计并研制了口径为100 mm、厚度为3 mm的铍青铜环形线负载驱动变曲率反射镜结构及原型样片,给出了变曲率反射镜整体结构前10阶的振动模态分析结果.完成装配后,反射镜原型样片的面形精度接近λ/30(λ为波长).对该结构进行极限曲率变化和面形精度保持的验证实验,通过对变曲率反射镜结构进行改进,环形线负载驱动能够实现超过30个波长(632.8 nm)的中心形变,且面形精度的变化与反射镜中心矢高的变化呈弱相关.     

基于白光干涉的光学球面半径测量研究

光学球面曲率半径是决定光学球面光学特性的重要参量,通过测量光学球面的曲率半径，可以审核光学元件设计制造质量。在基于白光干涉理论基础上，将莫尔光栅位移测量系统及CCD数字图像采集处理系统集成到迈克尔逊干涉仪上，利用CCD数字图像处理技术，构建了光学球面曲率半径自动测量系统。该测量系统对于大曲率半径的光学球面测量精度较高；对于半径R＝71.2037mm的光学球面,其测量标准误差σR＝0.4723mm。实验结果表明：设计的光学球面自动测量系统可以对大曲率半径光学球面实现高精度测量。     

大视场手持式免散瞳眼底照相机光学设计

设计了一种具有40°视场角的手持式免散瞳眼底照相机,可用来拍摄视网膜图像。相机光学系统由照明系统和成像系统组成,其中照明系统设有可见照明光源和红外对焦光源,采用红外光源对焦可以不用药物对眼睛进行散瞳处理。照明光源采用独特的环形LED,将环形LED光源成像于人眼的瞳孔之上,避免照射到角膜上发生反射作用。在成像系统中设置调焦镜,具备±15D的屈光度补偿功能。成像光学系统的点列图均方根值小于2.8μm,场曲小于0.2mm,畸变小于0.6%,在70lp/mm处各视场处的调制传递函数均高于0.4。使用Zemax光学设计软件的成像模拟功能,在光学系统的像面上清晰地再现了原图。该相机可以应用于眼科医学行业,为疾病的预防和康复服务。     

大视场免散瞳手持式眼底照相机光学设计

研究设计了一种具有40°视场角的手持式免散瞳眼底照相机,可用来拍摄视网膜图像。相机光学系统由照明系统和成像系统组成,其中照明系统设有可见照明光源和红外对焦光源。采用红外光源对焦可以不用药物对眼睛进行散瞳处理。照明光源采用独特的环形LED,将环形LED光源成像于人眼的瞳孔之上,避免照射到角膜上发生反射作用。在成像系统中设置调焦镜,具备±15D的屈光度补偿功能。成像光学系统的点列图均方根值小于2.8μm,场曲小于0.2mm,畸变小于0.6%,在70lp/mm处各视场处的MTF均高于0.4。使用ZEMAX光学设计软件的成像模拟功能,在光学系统的像面上清晰的再现了原图,该相机可以应用于眼科医学行业,为疾病的预防和康复服务。     

高分辨PAL成像系统的设计研究

基于全景环形透镜的成像技术是全景成像中的一种最具潜力的成像方式,具有高分辨率的长焦距全景环形透镜成像系统光学结构较复杂,结构设计是首要解决的问题.本文根据全景环形透镜成像系统的光路结构及成像特性,详细讨论了全景环形透镜和转像透镜组两部分的设计方法,分别设计了单块全景环形透镜和复杂化全景环形透镜,并对它们的像差特性做了对比,分析了它们之间的光路衔接条件和像差补偿方案.该设计采用小尺寸CCD离轴扫描接收环形像,同时分析了这种扫描机构的可行性.系统要求在300m处需分辨250mm大小的物体,通过计算合理地选择了系统焦距和CCD型号并制定了一套技术指标.最终设计出了焦距8mm,F/#3.2,侧向视场40°~100°的高分辨全景环形透镜成像系统,系统由三胶合结构的全景环形透镜和8片6组的转像透镜组构成,所有表面均为球面.该系统全视场的调制传递函数在80lp/mm处均高于0.5,最大视场像面的相对照度高于0.95,全视场f-θ畸变在±3%以内,该设计很好地满足了使用要求.     

总装调对心干涉仪的设计与测量精度分析

为了满足大口径光学系统各分立元件的高精度对心要求 ,设计制造了总装调对心干涉仪。介绍了仪器的工作原理及关键结构工艺 ,并对影响偏心测量的因素进行了讨论。仪器的测量精度同被测镜的曲率半径及两测量点的间距有关。当被测镜的曲率半径小于 1.5 m、两测量点的间距为 5 0 0 mm时 ,其偏心测量精度小于 1μm,仪器的测量偏心角度的最小格值达 0 .12     

偏振成像在光学曲率半径测量中的应用

为了保证整个光学系统的质量,对光学曲率半径的准确测量与检验至关重要。本文将机械球径仪法与光学投影法结合,采用光电图像法对矢高进行判读,经计算可以间接测得曲率半径,具体分析了被测元件边缘特征的准确性对矢高及曲率半径测量精度的影响。本文分别采用偏振成像与普通成像的方法进行了测量与对比,发现偏振图像具有更好的边缘细节特征,矢高测量精度也得到有效提升,光学曲率半径测量误差降低了0.5%以上。结果表明,偏振成像的方法在光学曲率半径测量中具有重要的应用价值。     

等离子体诊断用Schwarzschild显微镜的光学设计

 基于三级像差理论设计了用于激光等离子体诊断的极紫外Schwarzschild显微镜光学系统。显微镜的工作波长为18.2 nm,数值孔径为0.1,放大倍数为10。光学设计得到中心视场空间分辨力达0.3 μm,±1 mm视场内分辨力约0.4 μm的结果。分析了Schwarzschild成像系统的物镜装配、系统装调及光学元件加工误差对像质的影响,结果显示光学元件局部面形误差是影响系统成像分辨力的主要因素。通过提高系统装调的精度,可以有效补偿像距误差、两镜间距误差及曲率半径误差对像质的影响。综合考虑实际加工和装调能力,制定了系统整体公差方案,考虑公差后光学系统能够在±1 mm视场内获得3 μm的空间分辨力,达到了等离子体诊断的要求。     

激光差动共焦曲率半径测量不确定度评定

曲率半径是球面光学元件中的重要参数之一,曲率半径的高精度测量已经成为光学元件使用与加工中的一个关键问题。提出了基于差动共焦法的曲率半径测量方法,研制了1套激光差动共焦曲率半径测量系统,并对2组曲率半径测量结果进行不确定度评定。结果表明,2组曲率半径的测量值均与标称值吻合,其相对误差为0.001 15%,两组测量数据的标准不确定度均优于3.211 1110-4 mm。     

全视角高精度三维测量仪光学系统误差分析研究

大视角、高分辨率、低畸变光学成像系统是全视角高精度三维测量仪中最为关键的核心器件。现有三维测量仪实际使用过程中不可避免会产生各种误差,因此科学合理地评估和降低全视角高精度三维测量仪的测量误差具有十分重要的科学及工程应用意义。通过多角度、全方面分析定量研究了相机内方位元素标定误差对几何定位误差的影响,以及相机光学系统MTF分析、点扩散函数分析、波像差分析和公差分析对匹配误差产生的影响。研究结果表明,在各种影响三维测量仪光学成像系统测量误差的因素当中,相机的传递函数是影响系统三维定位误差最主要的因素,当系统MTF_N值大于0.4 lp/mm、系统几何畸变小于1个像素,PSF能量集中在以3 μm为半径的圆环内(小于1个像素),且PSF峰值达到了0.9时,三维测量仪的定位误差可达到秒级精度。     

4.81 WYb:YAG/1030nm薄片激光器优化设计

设计了四程泵浦的Yb:YAG薄片激光器。晶体掺杂原子数分数为10%,几何尺寸为直径10mm、厚340μm,提出了Cr/Au金属化方案,采用铟焊工艺将其焊接到微通道水冷热沉上。耦合系统为四程泵浦结构,球面镜规格为直径30 mm、曲率半径50 mm。利用LightTools软件模拟计算了泵浦光斑半径,选用曲率半径200 mm输出镜以使泵浦光斑半径与基模光斑半径比符合模式匹配原则。在激光二极管阵列泵浦功率为18.73 W时,获得了最高功率为4.81 W的1030nm连续激光输出,光-光转换效率为25.7%。     

三维轮廓扫描法测量透镜曲率半径的实验研究

三维轮廓扫描方法可通过连续扫描透镜表面三维空间形貌,拟合得到其曲率半径值。该方法具有测量精度高、可任意选定测量区域、测量力微弱、对光学表面划伤可忽略等优点。通过实验,研究了三维轮廓扫描法测量透镜曲率半径的精度,并分析了测量区域大小、扫描间距等因素对测量精度的影响。实验结果表明,该方法测量凸、凹球面透镜的曲率半径的相对重复性可达到110-6。     

空间微重力下离轴三反相机离焦范围

由三块反射镜组成的光学系统在轨道空间微重力的影响下,其反射镜面间隔、曲率半径往往发生改变,对系统的后截距产生较大的影响,最终导致相机离焦,成像质量下降。通过分析三反系统的等效高斯光学系统,得到其后截距公式;通过齐次坐标变换,得到反射镜面刚体位移公式;通过采用最小二乘算法拟合计算得到微重力环境下的镜面半径,计算出相机在空间环境下的离焦量为0.04 mm,为调焦机构的设计提供了理论依据。     

基于主动光学技术的任意视场变分辨率空间望远镜

介绍了一种新型的空间望远镜,通过改变光学系统焦距,可以提高任意感兴趣视场的成像分辨率.光学系统有四个反射镜组成,包括两个静态非球面反射镜和两个面形动态可调非球面反射镜.通过改变两个可变形反射镜的面形,系统焦距可以在399 mm到558 mm范围内进行动态调整.和机械式变焦系统相比,此主动变焦系统避免了光学元件的精密移动...