几何光学 光学系统、成像与分析

O435 2005042458 消色差的近紫外-可见光广角物镜设计=Achromatized de- sign of near UV-visible wide-angle objective[刊,中]／白清兰(中科院西安光机所．陕西,西安(710068)),苗兴华／／光子学报．-2004,33(11)．-1331-1335 光学材料在紫外波段色散大选择少而使得光学系统在紫外波段色差校正变得困难,设计时在反远距的结构形式中引入一组准无光焦度的镜组以平衡整个系统的色差, 讨论了几种光学材料在紫外波段的特性,给出了一个70°视场角,焦距9．5 mm,波段范围300～500nm的物镜结构及像差结果。图4参6(于晓光)     

高分辨率紫外/可见宽波段显微物镜设计

设计一种用于目标探测的高分辨率紫外/可见宽波段显微物镜。该系统数值孔径NA=0.4、放大率＝10、像高2y=4.7 mm,在248 nm~656 nm的宽波段范围内成像,采用熔石英和萤石两种光学材料对宽波段所引起的色差进行校正。通过对系统的结构优化设计及像差平衡,使传递函数曲线的截止频率高达3 600 lp/mm,且接近衍射极限;分辨率＜0.65 m;点列图均方根半径均小于0.650 mm;场曲小于0.01 mm;畸变小于0.5 m,可完成近紫外、可见光双波段的探测任务。     

石英玻璃紫外波段折射率测量

 折射率是光学材料基本参数之一,采用直角照射法折射率测量原理,以光电瞄准法紫外光信号探测、气浮轴承构成精密测角仪角度精确测量、锁相放大器微弱信号检测、软件分析角度值与光强度变化的数据处理模型、计算机自动控制等手段,完成了一套光学材料紫外波段折射率测量仪,实现了光学石英玻璃紫外波段折射率自动测量,并实际测量得到了250 nm~450 nm波长下光学石英玻璃的折射率值。     

近紫外-可见光宽波段复消色差显微物镜设计

 设计了波段300 nm~500 nm,放大倍率为10×,NA=0.3的近紫外-可见光显微物镜,用于观测激光照射核聚变的成像过程。该系统采用透射式结构,通过P、W设计方法和CODE-V软件的优化,实现了系统的复消色差,较好地解决了紫外光学材料种类少、折射率低带来的像差校正困难和光学系统效率不高的问题。     

复消色差的短波红外望远物镜设计

分析计算了一些普通光学玻璃及晶体光学材料在0.9~2.5 μm短波红外段的色散特性.在远距型的物镜结构后组中采用的厚弯月镜能产生一定量的反向色差补偿前组中的二级光谱,所设计的物镜在焦距800 mm时的带孔径处最大色差0.13 mm.结果表明,采用氟化物玻璃与重火石玻璃的三片式组合在短波红外段具有较好的消色差能力.     

紫外、红外波段折射率精密测定

鉴于非可见光区折射率在光学材料的研究及应用中的重要意义,不少学者开展了对它的测量方法的研究工作,本文也做些探索,并对紫外～红外波段(0.21～2.43μm)的折射率进行了测量。     

基于宽带消色差超构透镜的彩色成像

正研究表明,人类从外界获取的绝大部分信息是通过眼睛得到的。丰富多彩的颜色使我们身边的事物可以彼此区分,也使我们的生活多姿多彩。如何得到对身边彩色世界的最优成像是人们一直以来的终极目标,也是光学研究领域的一个重要课题。然而,我们制造光学元器件的光学材料或多或少存在着色散现象——材料的光学特性随波长变化而改变。这导致了光学元器件的色差现象。色差问题严重影响着宽波段工作的光学系统的精度和效果,特别是在可见光波段的彩色成     

基于权重分组的可见光光学系统无热化设计

提出了一种基于权重分组的可见光波段光学系统的无热化设计方法。基于常温下满足像质要求的光学系统,计算了每一片透镜产生色差及热差能力的综合权重,通过比较权重进行结构分组,将初始系统等效成两个单透镜系统以进行光学材料的挑选。对焦距为400mm、F数为4的双高斯型航空相机在-40～+60℃的温度范围内进行了无热化设计。在各个温度下,该系统在空间频率为55lp/mm处的调制传递函数值均大于0.4。研究结果表明,该方法能使长焦光学系统在大温差环境下保持较好像质,光学性能稳定。     

宽谱段光学系统消二级光谱的设计

利用修正的部分色散(P)和阿贝数(V)公式,计算一些典型的普通光学玻璃在450nm～950nm波段的色散特性,应用二级光谱理论,采用普通光学材料,设计了一个复消色差系统,分析近红外波段光学系统的二级光谱特性及校正方法,给出设计实例。设计结果表明:在可见光近红外波段,采用重冕玻璃ZK4、ZK8和特种火石玻璃TF3组合实现了二级光谱色差的校正,即从理论的0.18mm减少到0.084mm,证明该系统有较好的消色差能力,并且具有较长的后截距,为安装像移补偿反射镜提供了方便。     

多波长广角f-theta透镜光学设计

f-theta透镜作为激光扫描系统中必不可少的部件,对系统工作面尺寸、测量速度、测量精度等起着决定性的作用。为改变以往f-theta透镜扫描范围小、工作波长单一等不足,设计出了一种工作于486 nm~656 nm波段的广角f-theta透镜。通过初级像差分析,确定系统的初级结构参数,利用光学材料的不同色散性能分配合理的光焦度来进行色差校正。设计结果表明:f-theta镜头像散值在像差容限范围内满足平像场要求,f-theta镜头系统最大色差为3 μm,线性畸变误差值不超过0.015%,光能利用率接近90%,聚焦性能接近衍射极限,满足多工作波长、高精度激光打标机的实际需求。     

激光靶心冲击波观测镜折反式光学系统设计

设计了一种激光靶心冲击波观测镜的光学系统.用反射式光学系统代替折射式光学系统,解决了普通玻璃在200 nm端透过率较低的问题.反射镜不引入色差,有利于系统在200~800 nm谱段消色差.为消系统轴外像差,反射系统选型为对称式.反射镜全部采用球面镜,为消反射镜以及平板玻璃窗带入的球差,引入校正镜(材料JGS1),在满足要求的条件下,控制折射镜的厚度,使系统色差满足瑞利判据的色差允差,得到了良好的成像质量.     

双变形镜自适应光学系统像差解耦研究

对由大行程变形镜和高空间频率变形镜组成的双变形镜自适应光学系统中的像差解耦原理和限定像差校正算法做了理论分析。认为在高空间频率变形镜的斜率响应矩阵中加入限定像差向量,根据直接斜率法分别计算出两个变形镜的控制电压,可以实现两个变形镜分别对低阶像差和高阶像差的闭环校正。仿真研究了19单元变形镜和61单元变形镜组成的双变形镜自适应光学系统对低阶像差和高阶像差分别校正的情况,结果说明双变形镜自适应光学系统的校正效果与理想行程的单变形镜自适应光学系统的校正效果相当,避免了制作同时具有大行程和高空间频率两个特征的变形镜。     

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.     

无光焦度3贴合薄透镜组初始结构参数求解方法探讨

3透镜无光焦度校正板由3个单透镜组成,可以用来校正光学系统中其他光学元件引入的像差.本文运用三级像差理论分析了3透镜无光焦度校正板的像差特性,给出了一种求解3透镜无光焦度校正板参数的计算方法,得出了相应的计算公式,并通过具体的计算实例验证了这些公式的正确性.     

双透镜无光焦度校正板和单一反射镜的研究

对双透镜无光焦度校正板和单一反射镜组成的光学系统进行了研究,利用三级像差理论分析了消像差条件,并得出了一组被证明是正确的公式.根据该公式可以求出光学系统的初始结构参量.对于在球面镜反射系统中,基于像差特性分析,得出了系统的最佳结构和双透镜无光焦度校正板中单透镜光焦度的最佳选择.     

长焦距宽波段光学系统二级光谱及畸变——波差法参数求解(续)

本文论述了用波差法求解星模拟器上的光学系统各透镜光焦度和曲率半径的方法。为了校正长焦距、宽谱段光学系统二级光谱与畸变，系统的前后组分别在正逆光路下，各自保留约同值反号的位置色差及球差，用波像差法能较准确的解出其解。     

基于双波前传感器自适应光学技术的太阳光栅光谱仪

为了研究不同太阳大气高度的热力学特性,具有良好成像质量的成像型光栅光谱仪是实现这个目标的重要仪器。然而作为地基式太阳望远镜重要的终端仪器之一,光栅光谱仪的光谱成像性能不可避免的会受到动态波前像差和系统静态像差的影响。动态波前像差常通过在太阳望远镜系统中集成自适应光学系统进行补偿。针对光学系统中的由装调和光学元件加工等引起的静态波前像差,提出了一种基于自适应光学技术校正光栅光谱仪中静态波前像差的方法,并进行了数值模拟仿真和实验验证。实验结果表明,校正后系统的残余波前像差RMS≈0.025λ,此时波前像差对光谱分辨率和能量利用率的影响可忽略,提高了光栅光谱仪的光谱成像质量,证明了所提出的方法的有效性。此外它具有降低光学系统装调精度和光学元件加工精度要求的优点。     

红外折射/衍射超常温光学系统

设计了折射/衍射混合减热差红外光学系统,仅使用硅和锗两种材料.设计结果表明,此系统具有良好的减热差和校色差作用,在-80～200℃温度范围内不仅得到接近衍射极限的成像质量,而且结构简单,体积小,重量轻.     

一种基于共轭节面的图像畸变分析方法

无像差的光学相机的成像模型可由其共轭节面模型等效表示。针孔模型本身忽略了偏离该等效模型的误差,也无法表示平板玻璃的平移误差、光轴的安装误差以及实际相机光学系统的像差,这四个因素都会引起图像畸变。基于此利用共轭节面的性质建立了一种图像畸变几何模型,并与广泛采用的像差模型进行了对比,从理论上解释了像差模型各个系数的物理意义。对某实际针孔相机进行仿真分析,该几何模型给出的相对径向畸变、角度误差在设计参数的范围以内,并且可以模拟图像的非对称畸变。该几何模型需要辨识包含主面相关参数、光轴倾斜角和平板玻璃的轴向球差在内的4个参数,辨识参数较少,理论上可以作为一种新的图像畸变校正方法。