便携式双波段荧光眼底血管造影仪的光学设计

基于Gullstrand-Le Grand眼模型设计了一款便携式双波段眼底造影仪的光学结构。考虑人眼光学系统的像差并使用共轴式照明,设计了在主波段525和826 nm下全视场200万像素高清晰成像的光学系统,该系统可实现吲哚菁绿血管造影和荧光眼底血管造影两种方式成像。为了避免角膜中心具有大曲率而引入杂散光,照明系统采用环形光阑、中空反射镜和共轴式照明相结合的方法。为了达到系统的便携性和成像清晰性,在摄影系统中加入两个非球面结构。实验结果表明：本系统具有较大的调节能力,对-10 m-1～＋8 m-1人眼普遍适用,系统可实现30°的眼底拍摄,眼底分辨率〉108 lp/mm,畸变〈10%,达到了便携式双波段眼底造影仪的使用要求。     

大视场手持式免散瞳眼底照相机光学设计

设计了一种具有40°视场角的手持式免散瞳眼底照相机,可用来拍摄视网膜图像。相机光学系统由照明系统和成像系统组成,其中照明系统设有可见照明光源和红外对焦光源,采用红外光源对焦可以不用药物对眼睛进行散瞳处理。照明光源采用独特的环形LED,将环形LED光源成像于人眼的瞳孔之上,避免照射到角膜上发生反射作用。在成像系统中设置调焦镜,具备±15D的屈光度补偿功能。成像光学系统的点列图均方根值小于2.8μm,场曲小于0.2mm,畸变小于0.6%,在70lp/mm处各视场处的调制传递函数均高于0.4。使用Zemax光学设计软件的成像模拟功能,在光学系统的像面上清晰地再现了原图。该相机可以应用于眼科医学行业,为疾病的预防和康复服务。     

大视场免散瞳手持式眼底照相机光学设计

研究设计了一种具有40°视场角的手持式免散瞳眼底照相机,可用来拍摄视网膜图像。相机光学系统由照明系统和成像系统组成,其中照明系统设有可见照明光源和红外对焦光源。采用红外光源对焦可以不用药物对眼睛进行散瞳处理。照明光源采用独特的环形LED,将环形LED光源成像于人眼的瞳孔之上,避免照射到角膜上发生反射作用。在成像系统中设置调焦镜,具备±15D的屈光度补偿功能。成像光学系统的点列图均方根值小于2.8μm,场曲小于0.2mm,畸变小于0.6%,在70lp/mm处各视场处的MTF均高于0.4。使用ZEMAX光学设计软件的成像模拟功能,在光学系统的像面上清晰的再现了原图,该相机可以应用于眼科医学行业,为疾病的预防和康复服务。     

免散瞳眼底照相机中粗精结合自动聚焦方法

自动聚焦是免散瞳眼底照相机的一项关键技术,在分析眼底照相机成像原理及眼底图像特点的基础上,提出了一种应用于免散瞳眼底照相机的粗精结合自动聚焦方法。提出结合眼底图像视场特点的内接正方形固定聚焦窗口选择方法,并结合Robert梯度函数实现粗聚焦。采用基于局部信息熵的自动聚焦窗口选择算法得到精聚焦中的聚焦窗口,并提出基于9pixel×9pixel尺寸泽尼克正交矩的图像清晰度评价函数实现精聚焦。实验结果表明该方法中基于内接正方形的固定聚焦窗口选择方法具有更好的稳定性,精聚焦中的图像清晰度评价函数具有更高的灵敏度与实时性。     

基于非共轴阵列照明的小型化眼底相机光学系统设计

建立了非共轴阵列照明下的眼底成像数学模型,采用照明光路与成像光路独立设计方法,提出了一种微小型眼底相机光学系统,以避免传统眼底相机中人眼角膜与网膜物镜反射杂光对视网膜图像的干扰.设计了6阵列环形光源照明光路系统,长度仅17.9 mm,实现眼底视网膜有效照明线视场不小于12 mm;成像光路系统采用二次成像设计,光学调制传递函数优于0.2@91 lp/mm,畸变小于5%,长度仅为75 mm.仿真与设计结果表明,该眼底相机光学系统有效抑制了光路中的杂散光,有利于获得高对比度视网膜图像.研究结果可为高像质、小型化以及低杂光眼底相机发展提供设计参考.     

电视跟踪图像传感器中的变焦距光学系统

本文论述了有关在电视跟踪图像传感器中变焦光学系统的参数选择和设计要点。其中包括焦距的选择,相对孔径的选择,光学系统的质量评价和光学系统的设计。     

便携式免散瞳带信标眼底相机光学系统

设计了一款便携式39°视场免散瞳眼底相机光学系统,可以对-10～+15m~(-1)屈光度变化范围内的人眼视网膜清晰成像。采用环形光源照明,使眼底视网膜照明均匀度达到95%,也很好地消除了角膜反射。加入的信标系统使得便携式眼底相机光学系统在拍摄时有助于保持人眼与成像系统的同轴度,进一步提高拍摄视网膜图像的清晰度。通过对成像系统的优化设计及仿真分析,得到均方根直径小于6.4μm、场曲小于60μm、像散小于50μm、畸变小于3.6%,在67lp/mm处各视场传递函数值大于0.5和成像系统加工良率高的眼底相机光学系统方案。方案可以应用于眼科检查,改善全国偏远地区眼科医疗器械缺少的情况。     

基于层析传感的自适应光学眼底成像系统

为了解决传统自适应光学系统校正视场小的问题,提出了一种层析自适应光学眼底成像系统。以Zemax为工具,Liou-Brennan(LB)眼模型为仿真对象,研究了层析自适应光学眼底成像系统的性能。分析了20°视场内的眼底像差特性,用Zernike边缘多项式描述眼底像差,获得了不同视场内眼底像差的类型和大小。对比了传统自适应光学和层析自适应光学眼底成像系统的性能。结果表明,相较于传统自适应光学,层析自适应光学系统可将校正视场从1.2°扩大至3°。确定了传统自适应光学和层析自适应光学眼底成像系统中变形镜的最佳共轭位置,均位于出瞳面前3mm,此位置与人眼角膜共轭。     

医用X光电视超强光力光学系统设计

叙述了在医用X光电视系统中不可缺少的部件——超强光力光学系统的设计和特点。文章给出了该光学系统的参数和设计结果,并与国内外同类产品进行了比较。     

基于高斯括号法的液体透镜调焦眼底相机光学系统设计

提出了一种采用液体透镜(LTL)补偿人眼屈光度变化的新型眼底相机光学系统,应用高斯括号法推导了液体透镜光焦度与人眼屈光度的函数关系式,计算并搭建了包含人眼模型的眼底相机近轴光学系统。在优化过程中控制人眼瞳孔位置与液体透镜共轭并保证位于它们之间的光学系统放大率接近1,使成像光束能够通过液体透镜;光源与角膜共轭,采用环形光源结合偏振光照明,并在探测器前加入检偏器降低系统杂光。设计并研制了视场角为50°、物方工作距为40mm、总长小于220mm的便携式眼底相机光学系统,拍摄了不同屈光度状态下的模型眼在采用液体透镜和不采用液体透镜补偿的眼底图片,结果表明:通过液体透镜的电控变焦能对-10D~+10D(1D=1m-1)的人眼清晰成像。该系统结构紧凑、无机械运动部件,大幅降低了光机系统的复杂程度。     

用矩阵方法设计变焦镜头

传统上，在设计变焦距镜头时都要利用高斯光学求解变焦距的各组元焦距、组间隔。与传统方法不同的是，该文利用矩阵光学理论，建立变焦距镜头的光线传输矩阵，并以此矩阵建立非线性方程组，然后用数学软件对其求解，得到各组元的焦距、组间隔等参数。最后以设计一个普通的摄像物镜为例，演示了矩阵光学在设计变焦距镜头中的应用。     

转镜式高速相机在爆炸实验中的某些应用

本文介绍了转镜式高速相机在爆炸实验中的应用情况。阐明了这些相机使用时配备的各种主要附加装置,并举例说明了所得到的实验结果。     

数字全息变焦系统的研究及应用

从4f系统及照像机变焦镜头的设计思想出发,提出并设计了一个由三面透镜组成的数字全息变焦系统.该系统具有4f系统的性能,且可以方便地改变横向放大率,适应实际检测物体尺寸及形状的变化.用几何光学表述了变焦系统的工作原理,基于矩阵光学理论介绍了变焦系统的设计方法,利用衍射的角谱理论对像空间波面重构计算方法进行了介绍.并且,给出了实验证明及应用实例.     

可见光折/衍射混合光学系统消热差设计

由于一些可见光折衍射混合光学系统结构复杂,光学材料种类繁多且光热性能差异大,不能像红外系统那样通过解消色差、消热差方程组得到初始结构。通过分析衍射光学元件的温度特性,采取使用衍射光学元件先消色差再消热差的方法,完成了可见光波段遥感物镜的消热差设计。系统在20℃～100℃范围内成像质量均保持良好,调制传递函数下降范围在6％之内。设计结果表明利用衍射光学元件的混合光学设计使系统结构简单化,并在要求的温度范围内性能稳定。     

Chromatic aberration elimination for digital rear projection television L-type lens by genetic algorithms

Following the development of a digitalized image optics system, chromatic aberration has become increasingly important especially in lateral color aberration. For rear projection television L-type lens, chromatic aberration plays the significant role because it is easily seen when facing bright screen. Basically, the elimination of axial chromatic and lateral color aberration for an optical lens depends on the choice of optical glass. DLS (damped least squares), a Ray-tracing-based method, is limited, owing to its inability to identify an enhanced optical system configuration. Genetic algorithms were applied to so-called global optimization but unfortunately so far the results show little success. Additionally, L-type optics with aspherical surface might complicate optimization due to being nonlinear response during optimization. As an alternative, this research proposes a new feasible chromatic aberration optimization process by using algorithms involving theories of geometric optics in a lens, real encoding, multiple dynamic crossover and random gene mutation techniques. In this research, rear projection television lens with aspherical surface and L-type lens are mainly discussed. Results and conclusions show that attempts to eliminate difficult axial and lateral color aberration are successful.     

Wavefront analysis for plenoptic camera imaging

The plenoptic camera is a single lens stereo camera which can retrieve the direction of light rays while detecting their intensity distribution. In this paper, to reveal more truths of plenoptic camera imaging, we present the wavefront analysis for the plenoptic camera imaging from the angle of physical optics but not from the ray tracing model of geometric optics.Specifically, the wavefront imaging model of a plenoptic camera is analyzed and simulated by scalar diffraction theory and the depth estimation is redescribed based on physical optics. We simulate a set of raw plenoptic images of an object scene, thereby validating the analysis and derivations and the difference between the imaging analysis methods based on geometric optics and physical optics are also shown in simulations.     

小口径高精度折射式光学系统装调公差的分析与控制

采用小口径高精度折射式光学系统的对地观测遥感器对成像质量要求严格,随之对装调公差要求苛刻。传统装调公差分配完全以光学设计给定公差为标准,在实际装调过程中与精度和周期的需求产生矛盾。提出将光学设计和装调实践相结合,用全过程仿真计算进行成像质量预估,对公差进行再分配,并利用光学系统各分离误差相互间的补偿,实时调整公差。然后举例说明在某小口径高精度折射式光学系统装调过程中对公差的具体分析,并详细阐述了针对公差的再分配和补偿方法,实现对偏心误差的控制精度为2,对镜间距的控制精度为1 m。镜头装调完成后成像性能良好,证明公差分配及控制方法的改进使装调效率显著提高。     

Development of ultrawide-angle compact camera using free-form optics

Digital imaging enables us to easily obtain, store, process and display images as digital data, and it is used not only for digital cameras but also for surveillance and in-vehicle cameras, measuring devices, and so on. On the basis of our studies, a free-form optic is not suitable for a high-definition zooming capability; however, it makes optical devices smaller, thinner and lighter. Therefore, it is worth considering the applications of free-form optics other than camera modules for cellular phones. We have investigated the possibilities of miniaturization, which is the most significant feature of free-form optics, and developed a practical application. In this paper, we describe the results of design, prototyping, and evaluation of our ultrawide-angle compact imaging system using free-form optics.     

Spectral narrowing in a dye laser with non-resonant feedback

The temporal development of the spectral output of a flashlamp pumped dye laser, having non-resonant feedback achieved by means of fibre optics, has been studied using a streak camera. Spectral narrowing from 40 nm (the bandwidth of the spontaneous fluorescence of the system) to 2.5 nm has been observed, with the degree of spectral narrowing depending upon the output power.     

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。