基于液体的电控光学成像系统(英文)

提出一种基于液体的电控光学成像器件,其结构是一个容纳有三层液体的圆柱容器,上下两层是导电液体,中间一层是油性液体.圆柱容器的内壁依次涂覆了透明导电层和绝缘介质层.在透明导电层与上下导电液体间施加两个不同的外部电压,分别用来控制容器中两个液体界面的形状.两个外加电压的适当匹配使该光学成像器件在焦距变化的同时保证像面位置不动.文章以器件对无穷远处成像为例,基于高斯光学理论对器件做了详细的计算,给出了两个外加电压的匹配关系以及系统的焦距表达式,并对系统做了相关的模拟分析,分析的结果表明本文所设计的光学成像器件的变倍比可达1∶1.5,体现该器件是一种可靠的变焦光学成像器件.     

双液体透镜变焦系统的高斯光学分析

液体透镜是一种新的光学元件,它实现了无机械变焦,给变焦系统的设计提出了一种新的概念。使用一种比较少见的口径较大的液体透镜组成变焦系统。对液体透镜的原理进行了介绍,对液体透镜变焦系统的设计方法进行可行性分析,给出了各种设计方案,使用Zemax对变焦系统进行仿真。针对大视场给出使用了前置透镜组的方案,得到了一个视场60,变倍比6.2倍的变焦系统。     

基于液体变焦透镜和振镜的三维光片显微成像系统

搭建了一种基于液体变焦透镜和振镜的三维光片显微成像系统,设计了振镜、液体变焦透镜、相机的同步控制采集成像系统,通过调谐振镜和液体变焦透镜,使得光片激发样品和成像同步,获得样品不同切面的图像堆栈并实现样品的三维重建。当采用数值孔径为0.3、放大倍率为10的成像物镜时,该系统的轴向扫描范围为507μm,横向视场达到1970μm×1300μm,横向分辨率为1.32μm,轴向分辨率可达12.75μm。在轴向扫描过程中,系统的放大倍率保持恒定,可以用于对一定尺寸生物样品的成像实验和相关研究,并通过对斑马鱼胚胎进行成像验证所提系统对厚生物样品成像的可行性。     

变焦结构光成像系统的光学设计

为了实现快速低成本改变光学系统焦距,设计了基于液体透镜的变焦结构光三维成像镜头和微透镜阵列。系统采用7片球面玻璃镜片和1片液体透镜结构, F#为3.2,全视场大小为10 mm,总长180 mm,焦距变化范围54 mm~61 mm。结果表明:该系统能实现投影距离227 mm~256 mm调节,调焦过程中目标表面清晰,细节分辨率高,系统在整个变焦区域内,在40 lp/mm时,全视场MTF优于0.2,系统场曲小于0.2,畸变小于0.2%。柱面微透镜阵列整体尺寸为10 mm×10 mm,周期宽度为1 mm,厚度为1 mm。随着投影距离的增长,光学系统成像质量先上升后下降,在237 mm处成像质量最优,随着投影距离的增加,光学系统的放大倍率增大,光学系统整体相对照度不均匀性小于0.2。     

基于液体透镜的仿生视觉光学成像系统

随着机器视觉技术在先进制造系统、机器人系统、智能监控、航天军工等领域的广泛应用,仿生视觉系统的小型化、灵巧化成为研究的重要方向之一。针对传统机器视觉系统变焦结构复杂、易磨损、寿命低等缺点,在分析液体透镜原理和成像特点的基础上,设计并搭建了一种基于液体透镜的仿人眼光学系统,系统的主要技术指标为:焦距范围18.5 mm~22.5 mm,镜头变倍比为1.22,视场角为38°×24°。设计结果符合各项指标,像质在不同焦距处均满足使用要求,可实现实时对焦。整个光学系统尺寸为36 mm×55 mm×30 mm,结构紧凑,实用性强。     

电控聚合物分散液晶变焦全息透镜制作

介绍了相位型全息聚合物分散液晶(PDLC)材料全息透镜,在电场作用下液晶微滴折射率逐渐与聚合物折射率匹配,实现透镜电控变焦。研究了微米尺寸和纳米尺寸液晶微滴聚合物分散液晶材料配方特性和微观结构。采用优化纳米尺寸材料配方制作5~6μm聚合物分散液晶盒,采用离轴式平面波和球面波干涉全息写入光路,成功制作电控变焦聚合物分散液晶全息透镜样品。该透镜样品焦距为20 mm,能够正一级衍射放大成像。实现“0”,“1”变焦的驱动电压阈值为60 V。并进一步提出了基于聚合物分散液晶电控变焦元件集成叠加技术实现电控变焦光学成像系统的技术思路。     

基于电湿效应的双液体透镜

介绍了一种新型的、基于电湿效应的双液体透镜的发展历史、结构原理,通过改变外加电压的大小以调节透镜的焦距,从而达到无机械运动变焦的目的.推导并分析了两种液体透镜模型的焦距与外加电压的关系.     

液体透镜在变焦系统中的应用

利用液体透镜进行变焦系统设计可以大幅降低系统的复杂程度,本文介绍和讨论了该项技术的研究和应用现状。首先,基于液体透镜的分类即渐变折射率透镜和变曲率透镜介绍了几种主要液体透镜的原理和特点,给出了具有代表性的ARCTIC透镜系列和Optotune透镜系列的设计参数和优点。然后,对液体透镜技术在变焦系统中的应用进行了分析,描述了其在变焦眼镜、手机相机、内窥镜和显微镜等诸多领域中应用的现状和优势。最后,利用液体透镜设计了一种长焦距变焦系统,该系统可实现2.5倍的可见光变焦。     

连续变焦微型液体柱透镜系统的设计与制备

设计并制备了一种具有较大变倍比及较高成像质量的充液式连续变焦微型柱透镜系统。该系统由埋入聚二甲基硅氧烷基片的两片对称弯月柱透镜及一片双凸柱透镜构成：两弯月柱透镜边缘位置胶合形成空腔,改变注入其中的液体折射率,可实现柱透镜系统的连续变焦;双凸柱透镜的优化设计可控制柱透镜系统整个变焦范围内的像差。当柱透镜系统中注入的液体折射率由1.3330变化到1.5530时,可实现系统后焦距由52.292～4.972 mm的连续平滑变化。整个变焦范围内,柱透镜系统径向弥散斑均方根半径始终小于5μm,接近衍射极限。对柱透镜系统的可能公差进行了详细分析,证实了该设计的可行性,并完成了透镜系统的加工制备及后焦距、调制传递函数曲线的测量。该变焦系统具有变倍比高、体积小、结构简单稳定、成像质量高等优势,可用于集成化的微型设备中。     

基于平板电极的非球面组合液体透镜的仿真与实验分析

应用介电泳原理设计了一种基于平板电极的非球面组合液体透镜。该透镜主要由上下平行的4块氧化铟锡（ITO）导电平面玻璃板、腔体、介质层和疏水层组成,具有结构简单、易于实现的优点。利用COMSOL、MATLAB和Zemax软件,建立了基于平板电极的非球面组合液体透镜的光学模型,仿真分析了其在不同电压下的焦距变化,并讨论了平板电极的平行度对组合透镜焦距的影响。对该非球面组合透镜的器件制备与实验分析,结果表明：当工作电压由0增加到280 V时,焦距由28.7135 mm变化为20.1943 mm,与仿真结果基本相符;该器件的成像分辨率最高可达49.8244 lp/mm。     

光纤耦合数码系统传像特性

建立了光纤传像元件与光电阵列器件的匹配耦合模型,引入变动因子反映像素光纤排列的不确定性,进行了光纤耦合传像特性的仿真研究.针对9×9 μm2光敏元的阵列器件,分析了光纤传像元件结构参数变化对系统分辨率的影响,在光纤直径约为光敏元尺寸1/3时获得了相对经济合理的匹配结构,表明光纤耦合数码系统设计时必须考虑优化匹配问题.仿真结果还解释了系统的图像输出存在条纹和局部结构背景的原因,给出了相应的数值分析方法.     

Design and fabrication of fluid controlled dynamic optical lens system

A novel small fluid controlled optical lens system that is capable of displaying dynamic variation of its focal length and field-of-view (FOV) is designed and fabricated. In this active lens system, appropriate volume of the optical fluid can be pumped into or out of the lens chamber to provide double-convex (DCX) or double-concave (DCV) lens effect. Simple optical imaging experiments were performed using different sets of glass lenses with fixed focal lengths to determine the optimum lens configuration required for designing a dynamic optical lens system. The experimental results obtained from the glass lenses demonstrate that a combination of a single DCX lens with three DCV lenses provides a wider FOV. The flexible membranes for fluid controlled lenses were fabricated using polydimethylsiloxane polymer material, which has good optical transparency and elasticity. A simple fluid injection system is used to vary the radius of curvature of the lenses, and thereby to change the focal length. A dynamic optical lens system with a combination of one DCX and multiple variable focal length DCV lenses as designed here can image an object with a wide range of focal length and FOV. With this fluid controlled optical system, the FOV and focal length could be continuously varied and a maximum FOV of 118.3° could be achieved. The smallest f-number (f_/#) for this fluid controlled single lens system was found to be 1.3, which corresponds to the numerical aperture value of 0.35.     

基于二维Meniscus透镜的准光功率合成器

为了实现大功率容量和高效率的空间功率合成,将基于波导腔体的二维Meniscus透镜用于毫米波功率合成器的设计.对透镜中传输的主模(TE10波)的散射效应进行了分析,并且设计了匹配层减小透镜结构带来的反射.在30 GHz频率上利用Rexolite介质的Meniscus透镜设计出了10路功率合成器,对不同结构的功率合成器和不同参数的透镜进行了研究,得到了最终的优化结果.CST-MMW的仿真结果表明该功率合成器在30 GHz合成效率可以达到92.6%,并且其80%以上效率工作带宽可以覆盖整个Ka波段.     

用光纤传输激光的方法实现激光扫描雕刻

利用扩束镜和聚焦透镜的组合，把峰值功率高达二百多千瓦的调ＱＹＡＧ激光耦合到光纤中，并用双透镜将光纤输出端的出射激光聚焦，成功地应用在光纤传输激光雕刻机中。     

确定性相位掩膜可压缩双透镜成像

压缩成像是压缩传感理论的一个重要应用领域.本文将确定性测量引入压缩成像,提出一种确定性相位掩膜可压缩双透镜成像方法.模拟实验结果表明,新的成像方法可以在显著地降低物理实现成本的同时,有效地捕获图像信息来重建原始图像.此方法改变了经典的模拟-数字转换的光学成像思路,减少模数转换开销,并有利于图像的传输和存储,可以为照相机的设计提供若干理论、计算和技术支撑.     

157 nm氟化物光学薄膜制备

为了研制低损耗、高性能的157 nm薄膜,研究了常用的六种宽带隙氟化物薄膜材料.制备和研究了六种氟化物单层膜,并以不同高低折射率材料对,设计制备了157 nm高反膜和增透膜|讨论和比较了不同氟化物材料对所组成的高反膜和增透膜的反射率、透射率、光学损耗等特性.结果表明,采用NdF3/AlF3 材料对设计制备的157 nm高反膜的透过率为1.7%,反射率接近93%,散射损耗为2.46%,已经与吸收损耗相当|以AlF3/LaF3材料对设计制备的157 nm增透膜的剩余反射率低于0.17%.     

逆合成孔径成像激光雷达实包络成像算法

逆合成孔径激光成像雷达受激光调制技术以及回波相位信息易受大气湍流破坏的限制,采用常规的相位相干积累类方法得到目标二维高分辨图像很困难.针对这一情况,提出了一种基于逆Radon变换的实包络成像算法.利用回波距离脉冲压缩后的实包络信息,实现方位向的非相干积累,最终得到二维高分辨图像.通过该算法,成像系统可以使用非相干激光信号,在脉冲重复频率较低且存在大气湍流的情况下,也可以获得高质量的成像结果.仿真实验验证了此算法的有效性和优越性.     

Ultra-low loss laser communications technique using smart beamforming optics

Theory and design is presented for a technique for ultra-low loss laser communication that uses a combination of strong and weak thin lens optics, hence obeying the paraxial approximation. As opposed to conventional laser communication systems, the Gaussian laser beam is prevented from diverging at the receiving station by using a weak thin lens that places the transmitted beam waist mid-way between a symmetrical transmitter-receiver link design. The weak lens can be a fixed optic for static link distances or programmable for mobile scenarios. The programmable weak optic can be a single pixel or multi-pixel lens made by liquid crystal or mirror technologies. The proposed link design is appropriate for low air turbulence links such as short-range or indoor links and space based links.     

高速转镜干涉成像光谱仪的光程差分析

针对一种新的高速转镜干涉成像光谱仪的工作原理,给出其光程差的计算方法及结果.通过设定相关参量,重新构建光程差方程,并给出光程差在不同参量情况下的计算结果图,比较不同参量的影响.给出的光程差方程,为高速转镜干涉成像光谱仪的设计及获得的光谱图复原提供参量依据.