高精度CCD尺寸自动检测系统的光学系统设计

介绍测量精度为±０．００３ｍｍ的ＣＣＤ尺寸检测系统的光学系统设计特点及远心物镜设计原理，并给出了测试结果。     

基于三维缺陷检测的双光路双远心光学系统设计

针对基于SMT技术生产的PCB板产品的三维缺陷检测问题,设计了一款高分辨率、高远心度及低畸变的双光路双远心光学系统。它通过远心投影物镜经共光路物镜将DMD数字条纹均匀投影至待测物面,同时经由共光路物镜和成像物镜收集物面反射条纹光至CMOS接收面。使用ZEMAX光学软件分别对三部分镜组进行优化设计,分析了系统的像差和调制传递函数。设计结果表明:共光路物镜部分采用长工作距离、大视场角及物方远心结构,空间频率50lp/mm处,各视场的MTF接近衍射极限;投影光路畸变小于0.1%,在投影面上全视场范围MTF在6lp/mm处大于0.8且条纹周期均匀;成像光路畸变小于0.05%,在全视场范围MTF在80lp/mm处大于0.3。仿真成像结果表明,在离焦量为+/-6mm时仍能达到景深范围内分辨率要求,能有效提高3D AOI检测质量。且双光路双远心系统所用材料基本为普通玻璃且重复率较高,利于加工和节省成本。     

大视场投影光刻物镜的畸变特性检测

畸变特性是光刻物镜的关键指标,目前少有报道,提出了一种大视场投影光刻物镜畸变测量原理,测量系统和测量数据的处理方法. 利用该装置对研制的口径6英寸,分辨率3 μm的物镜进行了测量,得出该物镜在全视场的畸变值小于2.0 μm.     

摄远物镜二级光谱和色球差校正

一、摄远物镜的结构特点摄远物镜由两组不同光焦度的透镜组合而成,前组为正,后组为负。这种组合能够缩短长焦距仪器的长度。摄远物镜的焦距较长,而视场和相对孔径不太大。设计摄远物镜要解决的问题是,在保证象质的前提下,尽量使物镜的长度小于焦距,即     

折/衍混合远心消色差f-θ物镜系统设计

设计了一个折/衍混合远心消色差f-θ物镜系统.该系统由一片折射/衍射透镜和三片折射透镜组成.入瞳位于系统前焦面,整个系统满足像方远心.与美国专利（专利号：4,925,279）相比较,垂轴色差由2.40 mm降到0.23 mm,降低了一个数量级;对于0°、14°和20°视场,最大垂轴像差分别由260μm、1350μm、2090μm降低到5μm、250μm、318μm,最大场曲分别由8mm、10mm、13 mm降低到0.5 mm、1 mm、6 mm.该物镜不仅可用于彩色激光打印机、激光数码彩扩等多波长的扫描系统,也可用于能量要求较高的扫描系统.在高能量扫描系统中,通过引用折/衍混合远心消色差f-θ物镜,可用小体积工作于多纵模状态的激光器代替大体积单波长的激光器,使整个扫描系统小型化,并且提高了扫描准确度.     

高精度CCD尺寸自动检测系统的光学系统设计

本文介绍了测量精度为±０．００３ｍｍ的ＣＣＤ尺寸自动检测系统的工作原理。详细地讨论了光学系统的设计和远心物镜的结构。并且进行了光学计算和像差校正。给出了像差曲线和实测结果。该仪器具有自动检测精度高、快速和性能可靠等优点。已在工业生产中得到了很好地应用。     

基于OSLO的无限远像距消色差显微物镜的设计

共焦激光扫描显微镜对物镜有高分辨率、易于实现纵向扫描的要求,为此设计了高分辨率6片式无限远像距显微物镜.它的前置物镜与辅助物镜之间具有一段平行光路,因此容易实现轴向扫描.根据使用要求总体计算该物镜的外形尺寸,以像差理论为基础选择6片式的消色差物镜初始结构,用专业光学设计软件OSLO对物镜和辅助物镜进行设计和像质分析.设计结果显示,独特的6片式结构的20×物镜分辨率达到了800 lp/mm,符合共焦显微镜的使用要求.     

Haar-Gaussian小波变换在边缘测量中的应用

应用Harr-Gaussian小波变换对图形图像的边缘进行频域分析，建立边缘测量的物理模型， 并用带宽匹配方法和远心测量光学系统，在大景深物体测量中获得准确的结果. 关键词： 小波变换 边缘测量 测不准原理 远心系统 图像识别 自动检测     

一种同时测量平行偏差、倾斜偏差的方法

提出了一种仅由接收物镜和CCD构成的接收器,通过物镜位置的调整,可以同时完成平行偏差（平偏）和倾斜偏差（角偏）这两个参量的测量.通过对系统像差的分析,提出了可显著降低物镜像差对测量结果影响的算法.理论和实验数据表明,对于平偏测量范围为±10 mm、角偏测量范围为±2°、接收物镜焦距为50 mm、CCD尺寸为1/1.6 inch的系统,平偏测量准确度可达0.02 mm,角偏测量准确度可达9.5″.     

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。     

光纤传像束的物镜设计

分析3种像方远心系统的结构和用途。在传像光纤物镜的设计过程中,分别采用传统单组像方远心系统和“负-正”型式的像方远心光学系统结构,通过比较发现“负-正”型式的像方远心系统的结构能很好地解决镜头轴外像差校正和像面照度均匀性的问题,并且镜头结构紧凑。使用ZEMAX光学软件进行优化,给出工作波长(0.38～0.78)μm,焦距1.92mm,视场角60°,相对孔径为1∶4的镜头设计实例。设计结果表明:此镜头在46lp/mm处的MTF大于0.8,像质优良。     

变焦距投影光学系统中的远心光路设计

介绍了含有棱镜系统的数字光处理器（DLP）投影仪连续变焦距远心镜头的设计。通过对DLP投影镜头与数字微反射镜器件之间的全反射棱镜系统进行分析，发现采用像方远心光路设计方法，可使投影系统产生的杂光大大减少。进一步研究变焦距系统远心光路的结构特征，得出了使系统在整个变焦过程中都处于远心位置的光阑轴向位移方程。借助给光阑固联一个透镜（与补偿组共同补偿变倍组）所产生的像面移动，得到了变焦曲线平缓、光焦度分配均匀且成像质量较好的投影镜头。     

强激光装置中玻璃疵病在线检测的光学系统设计

介绍了一种用于玻璃疵病在线检测的近摄工作距成像光学系统,其光组结构形式采用了光阑后置的准远心结构形式,主要光学参量为f′=14 mm;在物像距为250 mm约束条件下,物方视场达到90 mm（对角线）;F/number=3.56;光谱适应范围为400~800 nm,对应的空间分辨率为100 lp/mm时,调制传递函数大于0.29.     

微型光纤传像束内窥镜的物镜设计

根据微型纤维软镜小尺寸、大视场的要求, 分析其设计准则, 采用"负-正"型反远距物镜作为初始结构, 确定其为像方远心光学系统。通过理论计算和Zemax光学仿真软件的不断优化, 最终设计出了一个工作波段在0.48 μm~0.65 μm, 焦距为0.37 mm, 全视场90°, 相对孔径为1:4的微型光纤传像束内窥镜物镜。该物镜由4片透镜组成, 包括1片负透镜、1片正透镜和1片双胶合透镜。设计结果表明:镜头总长3.89 mm, 最大横截面直径0.95 mm, 满足像方远心光学系统的初始设计要求, 在奈奎斯特空间频率77 lp/mm处的调制传递函数(MTF)近似为0.7, 接近衍射极限, 并且具有小尺寸、大视场、像质优良、结构合理、像面光照强度均匀等特点, 符合微型纤维式内窥镜的使用条件。     

Multiaperture telecentric lens for 3D reconstruction

We present a telecentric lens that is able to gain 3D information. The proposed lens system has multiple aperture stops, which enable it to capture multidirectional parallel light rays, while a conventional telecentric lens has only one aperture stop and can capture only light rays that are perpendicular to the lens. We explain the geometry of the multiaperture telecentric system and show that correspondences fall on a line like those in a conventional stereo. As it is a single-lens sensor, we also introduce the principles of 3D reconstruction. Unlike a conventional stereo camera, the disparity of a scene point measured by the proposed lens system is linearly proportional to the depth of a scene point.     

干涉成象光谱仪中前置光学系统远心角对干涉调制度的影响

本文分析了干涉成象光谱仪中,在不同视场角时前置光学系统象方远心角对干涉调制度的影响,得出如视场角和最大光程差一样,象方远心角也是影响干涉调制度的重要参量的结论．     

大视场大相对孔径长波红外物镜

介绍适用于非致冷焦平面阵列(FPA)探测器的大视场大相对孔径长波红外物镜设计与研制.由三块非球面锗透镜组成,采用"负-正-正"像方远心光路,全视场角和相对孔径分别达135°和F/0.8.镜头的成像性能接近于衍射受限,具有体积小、重量轻、像面辐照度均匀等优点.给出非球面锗透镜的研制、测试结果和用此光学系统得到的室内目标热辐射成像图片.     

Microarray Scanner for Fluorescence Detection

A novel pseudo confocal microarray scanner is introduced, in which one dimension scanning is performed by a galvanometer optical scanner and a telecentric objective, another dimension scanning is performed by a stepping motor.     

用于航天立体摄影测量的光学系统设计

介绍了一种用于航天立体摄影的大视场准远心光学系统,其光组结构形式为复杂化的双高斯型.主要光学参量为f′=23.3 mm;2ω=37.8°;F/数＝F/5;MTF均值达到0.8时,对应的空间分辨率大于36 lp/mm;光谱适应范围为0.5~0.75 μm.在实验室进行了模拟推扫,合成了三维立体图像.模拟试验结果表明该光学系统满足航天立体摄影的要求.     

基于机器视觉检测的大视场双远心光学系统设计

基于机器视觉的大视场非接触精密检测的需求,参照卡尔蔡司公司的TVM150／11／0．1远心镜头指标,设计了一款大视场双远心光学系统。采用了近对称的结构和半部设计的设计思路,较好地控制了畸变和倍率色差,实现了长工作距离（大于160mm）、大视场（物方视场达到西150mm）、低畸变（最大畸变小于1个像素）、高分辨（在2／3″CCD全视场200lp／mm处光学传函优于0．3）、宽景深（设计景深达到了±38mm）和双远心系统的设计要求。着重分析了系统各器件偏心对畸变的影响,通过对关键器件的偏心控制,有效地抑制了由于生产制造过程中的偏差产生的随机畸变对测量误差的影响,从而为实际生产提供了理论指导。