潜在视功能检测仪研究及其光学系统设计

研究一种针对白内障患者的潜在视功能检测仪。采用透射式视力分辨率板并且使进入眼瞳成像光束足够细和有足够的光能量,以致能够通过白内障患者云雾状晶状体中的微小间隙在视网膜上成像,移动透射式视力分辨率板调焦可测出患者的视度在-7D~ 12D之间的潜在视力。进行了光学系统结构设计和理论计算,进行了实验和测试。实验测试结果表明,该系统出瞳位置光斑直径D-=0.094 mm,测得视力与传统测试方法测得视力相一致。通过该仪器对白内障患者手术前检测,可比较准确预测置换人工晶体手术后达到的视力水平,这对医生和患者都具有重要参考价值。     

基于近红外远心镜头的双目瞳孔检测仪光学系统设计

为了降低双目瞳孔检测系统放大率对瞳孔位置的敏感性,设计了一款基于近红外远心镜头的双目瞳孔检测仪。阐述了系统中的核心部件——近红外远心镜头光学参数的计算过程,分前后组进行设计,并运用Zemax完成光学系统优化,以全视场MTF、全视场最大畸变和物方远心度为指标对系统进行公差分析,利用标准圆对仪器进行标定,拟合出像素数和瞳孔大小的对应关系。结果表明,对于55 mm~75 mm的瞳距,瞳孔的直径测量精度可达0.05 mm,满足使用要求。     

潜在视功能检测仪光学参数特性的研究与优化

针对潜在视功能检测仪临床使用中量程有限和对高度屈光不正患者检测结果有一定误差的现象，研究了其光学系统成像特性，建立了系统对视力板成像的视觉放大率公式，分析了准直透镜、成像透镜焦距变化对视觉放大率的影响。系统中视力板移动检测时，准直透镜焦距影响视觉放大率变化快慢，决定视觉放大率曲线的平缓程度；成像透镜焦距对视觉放大率产生整体影响，使视觉放大率曲线产生整体平移。找出了系统的理想参数，能使视觉放大率在整个视力板移动范围内保持不变，消除了检测过程中视力板放大率不同带来的检测误差。通过对各参数的数值分析，得到最优参数，系统检测量程从原来的－7D～＋12D扩大为－11D～＋15D。     

多通道PCR荧光检测仪的光学系统设计

针对目前实时定量PCR荧光检测仪系统中存在的检测效率低、体积大等问题,提出了一种基于传统单通道共聚焦型光路改善组件的方法,使激发光路和荧光收集光路共用一个大孔径透镜,并在该透镜的下方围绕多个激发光准直光路,同时在荧光收集光路中添加多个二向色镜,实现多通道荧光的同时检测。运用Code V软件设计出准直透镜和聚焦镜,将透镜数据导入到Lighttools软件中进行仿真模拟,结果表明,光学系统解决了现有实时定量PCR荧光检测仪中存在的问题,检测效率是原系统的2倍以上,体积比传统单通道集成的结构小2倍以上。     

纤细管道内壁质量检测仪的光学系统特性研究

本文对纤细管道内壁质量检测仪的光学系统成像特性进行全面分析，并对实际设计中存在的问题提出解决的有效途径。     

非球面人工晶体设计及人眼瞳孔对其光学性能的影响

给出一种非球面人工晶体的设计方法。以Holladay角膜模型为基础,设定其球差大小为非球面人工晶体球差值,并在晶体位置发生移动及不同人眼瞳孔直径下,对所设计的非球面人工晶体光学性能与球面人工晶体进行对比分析。结果表明:当晶体植入人眼位置并且瞳孔直径相同时,设计的非球面人工晶体所在人眼光学系统的MTF,对比敏感度及离焦MTF的改善程度都明显优于传统的球面人工晶体,人眼成像质量均随人眼瞳孔直径的增大而下降;当晶体前移时,晶体所在人眼光学系统的MTF均随瞳孔直径的增大而下降,设计的非球面人工晶体仍表现出优于球面人工晶体的光学性能。     

鼻黏膜纤毛显微内窥镜光学系统设计

为了实现从前鼻孔进镜对鼻黏膜表面进行直接显微成像,从而进行无创性观察和测量在体鼻纤毛运动,设计了一种能够分辨鼻纤毛,并且带有30°视向角的变倍硬性显微内窥镜。所设计的硬性内窥镜系统物方数值孔径为0.15,分辨率为272 lp/mm,工作距离为3.00 mm,视向角为30°,物面高度为0.40 mm,系统总长度为205.62 mm,物方口径为4.65 mm,放大倍率为6×～10×。此鼻黏膜纤毛显微内窥镜将可以避免取材造成的纤毛功能损害和受试者痛苦,极大地提高纤毛相关疾病的临床诊断能力,成为助益纤毛领域科研和临床工作的重要突破。     

一种舰船光电装备光轴检测仪

为了在实验外场和装舰现场克服舰船光电装备多传感器光轴一致性标校中由于环境限制、舰船摇晃等造成的操作困难,提出一种舰船光轴检测仪方案。通过共光路和光谱转换技术实现激光光轴与可见光轴的耦合,激光像斑在可见光通道输出成像视频,依据像斑中心与装备十字刻线位置关系判断激光与可见光光轴的一致性。应用CAD/CAE技术对光轴检测仪的关键器件——光轴耦合单元进行仿真分析,得到-10℃~+40℃温度范围内的反射镜面平行性误差分别为13.576 332″和16.397 421;″整机环境实验结果表明,光轴检测仪本身精度误差小于20,″满足光电装备光轴的一致性要求。     

角膜手术后眼模型的构建和人工晶状体设计

根据角膜屈光手术前的角膜地形图、眼内各组分的轴向间距和波前像差,运用ZEMAX光学设计软件,构建了术前的个性化眼模型.结合角膜屈光手术后实际测量的波前像差,建立了术后个性化眼模型.运用该模型,为角膜屈光手术眼设计了双球面人工晶状体.研究表明:对于角膜屈光手术后人眼,用术后个性化眼模型计算的人工晶状体度数可靠.该模型还能够为术后眼设计矫正像散和其他高阶像差的人工晶状体,同时可以用来评估角膜手术联合白内障术后人眼的光学性能,以及手术中各类偏差对视觉质量的影响.     

利用Wassermann-Wolf原理设计共形光学系统

基于Wassermann-Wolf曲面原理,设计了一套共形光学系统.该系统的设计方法与传统光学系统不同,具有随目标视场变化的动态像差特性.系统主要参量f′为30 mm,像空间F/#为1.0,工作波长为3～5 μm,HFOR为24°（半目标视场）,HFOV为1.0°（半瞬间视场）.设计结果表明,在整个目标视场系统成像质量达到较好水平.     

低温光学系统的研制

低温光学系统对于在空间探测微弱红外目标有重要的意义。无热效应的光学系统设计保证光学系统的像质不受温度变化的影响。有限元分析方法的结构优化设计,在确保光学性能的前提下使系统的重量达到最轻。特殊的制造工艺充分消除零件内部应力。低温检测的结果表明,光学系统的温度从室温降到100K的低温,在温度变化185K的条件下,系统波面误差几乎没有变化,光学系统都能达到衍射极限的成像质量。     

基于眼模型的折/衍混合眼底相机设计

应用二元衍射光学理论,设计了一个基于Gullstrand-LeGrand眼光学模型的折／衍混合免散瞳手持式数字眼底相机．该相机的视场角28°,摄影系统由五片透镜构成,其中包含一个二元面．在综合考虑人眼本身和外部系统的像差后,实现了全视场200万像素的高清晰成像,具有较大调焦能力,对-10D至7D屈光度人眼普遍适用．结果显示,该系统成像分辨率高于120lp／mm,场曲值小于0．75mm,畸变仅为7．0％,色差小于3．5μm．衍射光学元件的引入,有效地简化了系统,减小了重量和体积．     

空间双波段成像光谱仪红外光学系统的设计

分析了空间双波段成像光谱仪光学系统的光学特性，提出利用光学材料间焦距位移系数的互补性，实现光学系统消热差、消色差设计方法，建立了一组既消热差又消色差的方程组. 给出了利用这种方法设计的视场角10°，焦距100 mm，F数为1.98，温度范围在－20℃~70℃，工作波长为3~5 μm和8~11 μm具有100％冷光栏效应的双波段消热差、消色差光学系统，分析了系统各波段传递函数、波前差及像面位移随温度变化关系.     

可见光变焦距电视光学系统设计

基于高斯光学理论准确选择高斯解,并采用机械补偿机构,实现了连续变焦.设计了一种焦距为20 m~200 mm可见光变焦距电视光学系统,视场角为22.62°~2.3°.系统的极限分辨率达59.5lp/mm.经过像差校正后,60lp/mm处的MTF大于0.4.     

光学设计性实验之研究

通过光学设计性实验问卷调查,从光学设计性实验的指导思想、内容、实施环节、解决措施等方面入手,具体讨论了光学设计性实验所存在的问题及解决办法.     

基于眼模型的折/衍混合眼底相机设计

本文应用二元衍射光学理论,设计了一个基于Gullstrand-Le Grand眼光学模型的折/衍混合免散瞳手持式数字眼底相机。该相机的视场角28°,摄影系统由五片透镜构成,其中包含一个二元面,在综合考虑人眼本身和外部系统的像差后,实现了全视场200万像素的高清晰成像。而且,具有较大调焦能力,对-10D至7D屈光度人眼普遍适用。结果显示,该系统成像分辨率高于120lp/mm,场曲值小于0.75mm,畸变仅为7.0%。同时,衍射光学元件的引入,有效地简化了系统,减小了重量和体积。     

折射/衍射红外光学系统的消热差设计

研究了衍射光学元件的温度效应以及混合光学系统的消热差设计方法 ,给出了视场4 .2°、冷光栏效率 10 0 %、温度范围在 - 30～ 70℃的红外折射 /衍射混合消热差系统的设计结果     

一种新型离轴三反式光学系统的设计

在三反射镜光学系统的几何光学理论的基础上,设计了一个焦距f=1000 mm,相对孔径D/f=1/4,视场角2w=3°的离轴非球面三镜反射系统,讨论了优化方法和各参量对系统结构和像差的影响.