三组元变焦目镜的光学设计及其凸轮曲线的绘制

阐述了现代变焦距目镜的特点及其设计方法,给出了一种三倍变焦目镜设计的结构形式.这种变焦目镜结构紧凑,成像质量优异,可以取代传统的二倍变焦目镜,是一种有应用价值的变焦目镜形式.该设计将目镜的出瞳作为变量,使入瞳位置保持稳定以衔接物镜出瞳,并最终得到了一个8.24～24.1mm的变焦目镜.采用一种新型的方法绘制了凸轮曲线图...     

含三层衍射元件的60°视场折/衍混合头盔目镜

设计了一种含有三层衍射光学元件的60°视场头盔显示目镜,并给出了系统优化过程和结果.在整个视场和设计波段范围内三层衍射光学元件的衍射效率均在90%以上,提高了系统的光能利用率和像的对比度.此目镜光学系统的出瞳直径为8 mm,出瞳距离为22 mm.整个系统重量仅为8 g,总长度为26.8 mm,结构轻便紧凑,具有良好的光学性能,满足头盔显示目镜的使用需求.     

三组元变焦目镜光学设计

 基于车载观瞄模拟系统的使用要求,根据高斯光学设计理论,运用Zemax光学设计软件设计了一种三组元变焦目镜。为了获得较好的像质及长出瞳距,目镜结构采用三组元结构。同时,为了使目镜在连续变焦时入瞳位置保持不变,将出瞳位置设为变量进行优化。最终设计结果为：焦距f=13.35 mm～24.11 mm,出瞳距离L=20.1 mm～27.5 mm,出瞳直径D约为8 mm,像面变化范围y′=4.6 mm～13.6 mm,变焦目镜变倍比约为1.83倍。在50 lp/mm时,4个组态MTF均大于0.3,且各组态点列图均小于艾利斑半径,高于人眼分辨极限,满足使用要求。最后利用Matlab软件编写程序进行曲线拟合,给出了三组元之间的3个间距和所对应系统焦距的变化曲线,拟合精度达0.01 mm。     

半透膜阵列平板波导式头戴显示器光学系统设计

为实现头戴显示器(HMD)的轻小型化,设计了一种新型的半透膜阵列平板波导式HMD光学系统。利用两个互相垂直放置的半透膜阵列波导实现了目镜出瞳的扩展,使得小出瞳目镜即可满足HMD使用需求,在缩小目镜体积的同时减轻了系统重量。通过对半透膜阵列平板波导结构的理论分析和光学系统建模,讨论了系统成像质量和出瞳辐照度分布规律。该系统总重约36g,视场为15°×20°,出瞳7mm×12mm,畸变小于0.13%,点斑均方根半径小于3.75μm,波像差均方根小于0.045λ,各视场光学调制传递函数在40lp/mm时大于0.58。结果表明,半透膜阵列平板波导装置能够有效扩展目镜出瞳,该系统能够满足HMD的使用要求。     

含多层衍射光学元件的折/衍射混合头盔目镜

基于对多层衍射元件的衍射效率的理论分析,设计了用于头盔显示器的含有多层衍射元件的60视场折/衍射混合目镜系统。系统在设计波段和整个视场范围内衍射效率均在90 %以上,提高了光能利用率和像面对比度。目镜的出瞳距离为22 mm,出瞳直径为8 mm。调制传递函数（MTF）在25 lp/mm时全视场均在0.38以上,满足VGA分辨率要求。目镜中畸变为4.8%,垂轴色差最大为10 m。整个系统结构紧凑,镜头总长26.8 mm,最大直径16 mm,全系统质量仅8 g,实现了光学系统的轻小型化     

用于微电子硅芯片液晶显示的反射式中继目视系统

设计了用对角为 18mm的微电子硅芯片液晶显示器、6 0°视场角的反射中继头盔显示系统。该系统由一个常用的艾尔弗 (Erfle)接目镜和一个反射中继镜组成。反射中继镜和接目镜的场曲异号 ,因此相互部分抵消 ,系统具有较小的场曲和像散。中继系统的采用 ,不仅保证了头盔显示的特定规格要求 ,诸如出瞳直径和出瞳距离 ,而且为反射式微电子硅芯片液晶显示器的照明光源提供了空间。该系统像差较小 ,尺寸和重量合理 ,适用于特定用途的头盔显示     

双目镜

夜间观察仪通常采用双管双目镜,夜视瞄准具通常采用单管单目镜。观察时,由于受到出瞳距离和出瞳直径的限制,观察人员的眼睛要始终靠着目镜罩,因此颈部容易疲劳。单眼瞄准时,为避免出现视差,人眼的位置要相对固定,加之武器有后座力,人眼还易受伤。作为夜间驾驶仪使用时,由于地形凹凸不平,车辆颠簸厉害,加之仪器的出瞳直径一般只有7—8毫米,眼睛一旦晃     

双目观察广角目镜设计

本文介绍了视场为80°的双目观察广角目镜的设计方法。该目镜具有出瞳距离长、焦距短、结构简单的特点.文中着重分析了这种目镜的设计思路及方法,给出了设计实例及其象差曲线.     

微光夜视仪中目镜参数的选择

分析微光夜视仪器中目镜出瞳直径与焦距的选择问题。通过列表可直观、快速地得出有关目镜参数的最佳调整结果。     

谈15″光学自准直比较测角仪

<正> 由我厂新研制的15″光学自准直比较测角仪主要技术指标是:入瞳直径D=50mm;物镜焦距f′_(?)=500mm;目镜焦距f′_目=20mm;视角放大率Γ=25~×;出瞳直径D′=2mm;镜筒长度为350mm;视场范围为30′;读数精度为15″。物镜型式和仪器外形分别如图1和2所示。这是类似经纬仪内调焦望远镜那样的物镜形式。该仪器具有镜筒短、焦距长、口径大、结构简单、操作方便、刚性好、视场清晰、精度可靠等优点。     

Hybrid diffractive-refractive 40° head-mounted display

The design of a head-mounted display with a field of view of 40 degrees and suitable for use with a micro display of 17.5 mm diagonal is presented. It is a combination of a diffractive-refractive eyepiece with an appropriate reflective relay system. The eyepiece design is based on a Kellner eyepiece. By replacing the cemented-doublet of the traditional eyepiece with a diffractive-refractive element (a plano-convex lens with the plane surface as the diffractive surface) an improved eyepiece is obtained. The proposed eyepiece shows a considerable reduction in physical size (which is particularly important for binocular systems) and weight, and exhibits superior performance compared to the traditional refractive type. It is emphasized that the proposed design has a performance that is well matched to a micro display with SXGA resolution.     

基于自由曲面的高倍率广角显微目镜设计

随着显微镜性能的不断提升,要求显微目镜具有更大的视场、放大倍率以及更好的成像质量.显微目镜由于孔径光阑外置,且焦距较短,其设计难点在于如何校正大视场带来的畸变与其他轴外像差,并在此基础上获得符合人眼观察要求的出瞳距离.本文分析了目镜光学系统存在的主要像差,特别是带有畸变的光学系统对成像所产生的影响.将自由曲面应用在显微目镜光学系统畸变校正中,设计出一款视场角达到60°(即±30°),放大倍率达到25×且全视场畸变小于5%的高倍率广角显微目镜.采用五片三组元式结构,其中自由曲面镜片采用塑料材料且关于XOZ与YOZ平面对称,实现了结构简单、易于加工且成本较低的高性能显微目镜设计.     

PDMS基柔性近眼显示波导光学系统设计

针对近眼显示系统视场小、体积笨重、柔性差、量产性差等问题,文章采用在系统中加入自由曲面和聚二甲基硅氧烷(PDMS)基的设计方法.论述了柔性近眼显示光学系统的设计要求和工作原理,进行初始结构建立;分析了系统杂散光产生的原因,进行杂散光抑制设计;采用XY多项式自由曲面替换传统非球面,进行系统像差校正;采用柱面波导模拟波导弯...     

强电磁干扰环境下光纤束传像系统的设计研究

为解决电磁辐射干扰环境中图像稳定传输的问题，设计并开发了具有抗强电磁干扰能力的光纤束传像系统。利用ZEMAX光学设计软件，对传像系统中前置物镜和后置目镜分别进行了设计，并根据物镜和目镜的初始像差分布情况，利用优化函数，结合各种操作数，对系统的像差进一步优化。优化结果表明，物镜各视场的光学调制传递函数（MTF）值在空间频率为38 lp/mm处大于0.85，目镜各视场的MTF值在空间频率为120 lp/mm处大于0.3，具有较高的成像质量。针对选用的物镜、目镜、光纤束及CCD的结构特点，设计并制备出系统连接的耦合器件，并搭建了一套传像系统，进行图像传输实验。对系统的成像质量以及影响因素进行分析，采用Gamma算法提高像面亮度，获得了高质量的传输图像。     

Simple 40° head-mounted display

A simple 40° eyepiece matched with the micro-display device is designed. It consists of two elements, including a binary surface and an aspheric surface. With satisfactory performance, the eyepiece can be used in display with a SXGA resolution sized 1.1 inches diagonal. Because no other relay system is needed, the HMD system could be made more compact with much less weight.     

一种新颖的智能眼镜光学系统设计方法

提出采用Fresnel微结构的曲面波导微投影光学系统眼镜设计思想,理论分析了所提光学系统的成像原理,给出了光学设计方法,并运用该方法设计了一套样机,曲面波导板近眼表面(即前表面)曲率半径为140.0 mm,后表面曲率半径为143.5 mm,中心厚度为1.7 mm,材料选PMMA (即有机玻璃),微型显示器选0.23″硅基OLED显示屏,分辨率640×480(象素),出瞳直径选为8 mm,眼点距约为18 mm,视场角9.6°(H)×7.2°(V),调制传递函数(MTF)在空间分辨率30 lp/mm时,中心视场MTF接近0.45,全视场大于0.2。从而验证了该方法的可行性。