鱼眼镜头的光路追迹

鱼眼镜头的视场角高达180或超过180°，运用通常的光路计算程序无法对鱼眼镜头进行光路追迹。本文介绍先借用尝试光线确定一个适当的起始点，然后用迭代法计算出主光线和边缘光线的位置，最后给出计算实例。     

微形大孔径鱼眼车载镜头光学设计

将典型反远摄镜头设计方法与PWC法相结合,从理论模型出发搭建初始结构,借助光学设计软件ZEMAX辅助设计。得到一款工作波段436 nm、486 nm、546 nm、587 nm、656nm,F#1.5,全视场角160°,光学总长18.5 mm,可应用于车载后视系统的镜头,比市场上现有产品指标有明显提升,镜头高低温性能稳定、公差合理。结果表明将反远摄理想模型、PWC法及实际需求结合,设计效果好,镜头性价比高、性能优异,为相关领域的镜头设计提供有益借鉴。     

球幕投影数字鱼眼镜头的光学设计

采用非相似成像原理,利用Zemax光学软件设计了一款适用于1-60 cm(0.63英寸)3LCD数字投影机的球幕投影数字鱼眼镜头。镜头结构是一种反远距型光学结构,由5组6片球面透镜组成,具有结构简单、易加工等特点。镜头全视场角为180,焦距为3.28 mm,相对孔径为1/1.9,后工作距离为35.8 mm,光学总长为196 mm。镜头具有较高的成像质量,在50 lp/mm处,各个视场的MTF值均大于0.4,最大垂轴色差为4.5 m,全视场的F-theta畸变绝对值小于3%,最大视场的像面相对照度达到96.27%。     

微光夜视鱼眼镜头的研究与设计

为了满足在夜晚低照度环境下对鱼眼镜头的需求,利用ZEMAX光学软件设计出了一款适用于2 inch微光夜视相机的微光夜视鱼眼镜头。该结构包含窗口透镜,共由7组10片透镜组成,其中除窗口外,其余全部为光学玻璃,而且选用的玻璃材料均为常用、性能良好、价格便宜的牌号。有效焦距为9.5 mm,相对孔径为1/1.8,视场角为170°,像高为21mm,光学系统总长为90 mm,最大口径为56 mm,后工作距离为10.4 mm。在分辨率46 lp/mm处,全视场范围内的MTF值均大于0.36,全视场f-θ畸变量的绝对值小于30%,场曲小于0.15 mm,镜头有较好的成像质量。     

应用场光线传递方程计算鱼眼镜头像场像差

应用场光线传递方程,从鱼眼镜头的孔径光阑处,逆向追迹场光线传递方程,确定任意视场角场光线的初始位置,即光阑球差.正向追迹场光线计算鱼眼镜头系统物、像空间视场角之间的关系曲线;用多项式拟合求出关系曲线的解析表达式.通过反演运算,根据畸变图像复原物的图像分布,达到消除鱼眼镜头成像系统畸变的目的.最后,计算了一个160°鱼眼镜头光学系统的光阑球差和图像的畸变,并应用本文方法复原物的图像分布.计算结果表明:光阑球差的计算结果与真值的相对误差小于1%;复原的物方图像径向高度相对误差小于0.25%,说明本文计算鱼眼镜头像场像差的方法是可行的.     

通用型数字鱼眼镜头检测系统的设计

设计了一种通用型数字鱼眼镜头检测系统,由照明系统、检测标板、等效平行平板系统和球幕组成。照明系统内部设有平面反光镜、柱体蝇眼透镜阵列、准直物镜,起到了缩小系统体积,提高光能利用率和照明均匀性,以及实现照明光斑大小尺寸可调的作用。其球幕内壁刻有角度分划尺,用于测量被测镜头的视场角。测试系统的照明视场范围为φ8.1 mm~φ36.3 mm,照度均匀度达到91%,光通量大于5 000 lm,且大小可调。检测系统可实现对芯片尺寸为0.55″~1.55″的1DLP、3DLP、3LCD、3LCOS的各种类型的数字投影或放映鱼眼镜头的像方视场角、分辨率、彩色还原性能、色差等性能和放映效果进行测试,降低了检测成本,通用性强。     

鱼眼镜头的光瞳

本文介绍了在设计鱼眼镜头时,在不同的视场角情况下,入瞳和光阑的位置,以及对f′_1、D、l_p和h_p的要求。     

鱼眼镜头的光路写真

利用C语言的作图功能对鱼眼镜头进行光路写真，详细说明圆作图函数的编制过程，最后给出具体实例。     

用射影不变性纠正鱼眼镜头畸变

计算机视觉通常采用针孔摄像机模型，但对于存在较大畸变的鱼眼镜头或广角镜头，必须首先纠正镜头畸变才能应用针孔模型。为了从同时存在透视变形和鱼眼畸变的图像中纠正鱼眼畸变，采用了以下射影不变性：空间中直线的投影为直线；平行直线束的投影平行或相交于一点；直线段投影的交比不变。首先，用待纠正的鱼眼镜头对一幅等间隔正交网格图成像，提取网格结点作为控制点，然后用射影不变性求解畸变模型，达到纠正畸变的目的。该算法巧妙地运用三次方程的Cardan解法。大大提高了速度。结果表明，运用该方法纠正鱼眼镜头畸变速度快、精度高。     

基于鱼眼镜头的目标监控与测量系统分析

为了实现超大范围的目标监控与测量,设计和分析了一种基于鱼眼镜头的超广角监测系统。以鱼眼镜头和CCD作为图像采集系统,以DSP作为控制和处理中心,采用自适应动态更新背景差方法进行目标识别,利用图像处理方法进行目标方位角测量,对前方半球空间中可能出现的目标进行监测。实验结果表明,基于鱼眼镜头的监控系统具有超大的监控视角,在各种环境下都具有较高的监控能力;基于动态更新背景的背景差目标识别方法具有较强的抗干扰性,能准确地识别出各种可能出现的目标,并能对其进行方位角测量。相对于传统的监控系统来说,具有监控范围大,结构简单,工作稳定可靠,在各种安全监控领域有着广泛的应用。     

Near-field multiple super-resolution imaging from Mikaelian lens to generalized Maxwell's fish-eye lens

Super-resolution imaging is vital for optical applications, such as high capacity information transmission, real-time bio-molecular imaging, and nanolithography. In recent years, technologies and methods of super-resolution imaging have attracted much attention. Different kinds of novel lenses, from the superlens to the super-oscillatory lens, have been designed and fabricated to break through the diffraction limit. However, the effect of the super-resolution imaging in these lenses is not satisfactory due to intrinsic loss, aberration, large sidebands, and so on. Moreover, these lenses also cannot realize multiple super-resolution imaging. In this research, we introduce the solid immersion mechanism to Mikaelian lens (ML) for multiple super-resolution imaging. The effect is robust and valid for broadband frequencies. Based on conformal transformation optics as a bridge linking the solid immersion ML and generalized Maxwell's fish-eye lens (GMFEL), we also discovered the effect of multiple super-resolution imaging in the solid immersion GMFEL.     

双波段CCTV鱼眼镜头光学系统设计

根据CCTV（closed circuit television）镜头的使用需求,以“非相似”成像原理为基础,设计了一款双波段CCTV鱼眼镜头。系统工作波段480 nm～850 nm,可见光和近红外光双波段成像,可实现昼夜监控。镜头F数1.8、视场角1800、焦距1 mm、光学总长7.76 mm,具有大相对孔径、大视场角、小型化等特征。采用7组9片式反远距结构,无特殊玻璃、无非球面,大大降低了系统复杂化程度和加工制造成本。利用光学设计软件Zemax对其进行光学系统设计,选取1/3英寸CCD作为探测器,在奈奎斯特频率120 lp/mm时,其各个视场的子午调制传递函数曲线和弧矢调制传递函数曲线值均达到0.5以上,接近衍射极限,成像质量很好。全视场场曲均小于1 mm,相对畸变小于25%,相对照度在95%左右,满足CCTV镜头的使用要求,可广泛用于监控侦察等领域。     

周视监控全景镜头设计

利用ZEMAX光学软件设计了一种可用于周视监控的全景镜头,镜头由凹凸反射镜组和中继镜组组成,反射镜组使镜头获得大视场角,中继镜组将反射镜组所成的虚像投影到探测器上。该镜头有效焦距为0.97 mm,F数为1.5,垂直方向视场为65~95,水平方向视场为360,镜头工作在475 nm~750 nm波段,总长为69.7 mm。设计结果表明:系统全视场f 型畸变小于5 %,调制传递函数（MTF）值在空间频率为60 lp/mm时大于0.58,系统成像质量良好,可满足周视监控的使用要求。     

用于光纤熔接系统的纤芯检测镜头设计

光纤已广泛应用于当今社会的信息传输领域。为了满足长距离光纤传输中高质量光纤熔接的需要,介绍了一个应用于光纤熔接系统的透射光纤纤芯检测系统。该系统中的核心器件是一组能对光纤纤芯成像的特殊镜头。借助于ZEMAX软件,设计了这组检测镜头。该镜头具有8倍放大倍率、长工作距离、短结构、高精度等特点。论述了镜头的设计方案和设计过程,并给出了满足要求的设计结果。通过在LightTools软件中对整个系统检测结果的模拟,证明了该设计的可行性。     

一种数码相机定焦镜头的光学系统设计

为适应市场上对结构简洁、成像品质高且生产成本低的数码相机镜头的需要,运用光学设计软件CODE V,在传统数码相机定焦镜头的基础上,结合非球面塑料透镜理论,模拟出了生产成本较低的三片式数码相机定焦镜头。该数码相机镜头结构的特点是：模块仅包括3块透镜;选择塑料镜头代替玻璃/塑料混合镜头或者全玻璃镜头,降低了系统的生产成本;系统的后焦距增大到0.8116mm,能够确保良好的远心光路性能;透镜表面完全采用非球面设计,较好地校正了球差等各种像差,使透镜具有良好的光学成像性能。     

超广角大工作面f-theta镜头的光学设计

 目前国内用于激光标刻机的f-theta镜头的视场角一般小于60°。采用望远镜结构,利用视觉放大率增大视场角,得到了超广角90°镜头。该方法具有简洁、可靠、易实现等特点。通过初级像差分析,确定系统的初级结构参数,利用ZEMAX软件优化得到了大工作面为285 mm的f-theta镜头,镜头线性畸变误差值不超过1 %,在半径为698 μm的圆内,能量集中度为80%,聚焦性能接近衍射极限。     

标准镜头的光学设计

本文叙述了单反相机中常用的标准镜头的结构形式及设计方法,提出了像差校正的重点以及在校正过程中应注意的若干问题。文章最后给出四个有一定参考价值的设计实例,提供相应的结构参数,像差数据及传递函数值。其中f′50mm/F2及f′50mm/F1.9全部用国产普通玻璃设计而成,f′50mm/F1.7只用一片镧玻璃,成本较低,成像质量较好,有较高的实用价值。     

结构简洁的光学变焦距手机镜头设计

通过利用ZEMAX光学工程设计软件设计了一款适用于手机的2倍内置式光学变焦距镜头。镜头仅由4片非球面的塑料透镜和1片BK7的红外滤光片构成,能够达到285 lp/mm的空间频率,可匹配1.75μm的COMS图像传感器,全视场RMS半径均小于艾利斑半径,全视场最大畸变小于3%,MTF值在1/2奈奎斯特频率处的大部分视场大于0.5,总长度小于9.2 mm。整个变焦距系统结构紧凑,分辨率高,成本低,可满足手机镜头光学变焦的要求。     

相对孔径为1∶1镜头的光学系统设计

介绍一种相对孔径为1:1的光谱摄像镜头。利用非球面光学表面将复杂化的Petzval型结构形式改进为3片结构,其主要光学参数f′=120mm，F=1，τ≥90%，系统MTF=0.85时的成像质量所对应的空间频率大于20lp/mm。结合非球面加工工程化研究需要对该镜头的结构进行优化，给出了多种像差曲线及MTF数据，并对未来可进行的进一步改进进行了探讨。