六角形孔径平面微透镜阵列的制作及基本特性研究

采用光刻离子交换工艺制作了六角形孔径平面微透镜阵列.离子交换后的变折射率区域有微小重叠,填充系数可达95%以上.对制作的六角形孔径平面微透镜进行了折射率分布、数值孔径和像差等光学特性测试,得到的六角形孔径平面微透镜阵列光学性能均匀,成像质量较好的结果.该透镜阵列的研制成功为制作高质量高填充系数透镜阵列及模拟生物复眼光学系统奠定了基础.     

混合仿生鱼眼-复眼的广角高清成像系统

基于多尺度成像理论,采用混合仿生鱼眼-复眼结构,实现了大视场兼具高分辨率的光学成像系统设计。前级物镜系统为大直径球透镜,收集广角目标光线并成像到与球透镜同心的球面中继像面上;次级目镜系统是关于球透镜中心球对称的小口径透镜组阵列,对中继像进行像差校正并成像到探测器阵列上。对比了物镜采用双层同心球和单个球透镜的成像性能,后者可获得更优的成像性能且避免了双胶合球透镜带来的公差控制及力学与热稳定性问题。整个成像系统的视场大于100°,全视场内角分辨率优于10″,而畸变小于5%;系统具有大景深特点,不需调焦即可同时对300 m到无穷远目标清晰成像,可广泛应用于侦查监控等领域。     

大视场曲面复眼光学系统设计

本文通过结构性设计解决了曲面复眼光学系统边缘视场像质难以提高的问题.该光学系统由7个相互独立的子复眼光学系统组成,各子复眼光学系统相互独立,其光线相互交叉.在系统中引入自由曲面透镜,自由曲面透镜相当于棱镜将微透镜阵列光线偏折,使同一子系统的微透镜成像于平的像面上.每个子系统包括一层微透镜阵列,一个自由曲面透镜,一光阑阵列和后续像差校正镜.相比较于传统的复眼系统,该结构对复眼边缘视场的像差校正能力更强,能很大程度地提高边缘视场的像质.该系统的理论视场可达180°,制造精密要求不高且适用性强.本文最后通过光学软件zemax对光学系统进行了模拟验证,证明其可实现性.     

复式光学显微镜演示教具的设计与制作

利用报废投影机(或幻灯机)上拆下的镜头作为物镜,常用的放大镜作为目镜,再加上数个针对学生理解难点特别设计的屏幕等零件,笔者设计制作了一具尺寸相当大、内部构造一目了然的复式显微镜演示教具,不仅可形象直观地演示显微镜的原理,而且放大倍数足以让人观察到洋葱表皮细胞,还可有助于学生正确理解透镜成像原理、实像与虚像的性质,以及光学仪器之设计构想.     

激光辐照猫眼光学镜头时的反射特性机理研究

运用矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法, 对激光束辐照猫眼光学镜头时产生的猫眼效应机理进行了理论推导. 通过数值计算对猫眼效应的反射规律进行了分析, 并利用532nm激光辐照一个变焦范围为12—72mm的光学镜头进行了猫眼效应的实验验证, 从而得出了猫眼效应反射光特性与入射激光参数以及猫眼光学镜头的口径、焦距、离焦量等基本参数之间的关系. 研究表明, 猫眼效应反射光特性与猫眼光学镜头参数和入射激光参数密切相关, 且当猫眼光学镜头位于近场和远场的情况有很大不同. 根据入射光束 关键词： 猫眼光学镜头 猫眼效应 高斯光束 反射特性     

基于ZEMAX软件的重叠复眼的模拟与分析

介绍了重叠复眼及其优点。与并列型复眼相比,重叠复眼有更高的光能量利用率和更高的灵敏度。首次利用ZEMAX软件对重叠复眼进行了实例模拟,通过光线追迹,详细分析了其工作原理,并且将重叠复眼与并列复眼在灵敏度和光能量利用率两方面进行了对比,得到了前者比后者有更高的光能量利用率和灵敏度的结论。     

Compact and large depth of field image scanner for auto document feeder with compound eye system

We designed a compact and large depth of field image scanner targeted for auto document feeders (ADF) by using a compound eye system design with plural optical units in which the ray paths are folded by a reflective optics. Though we have previously proposed the principle concept, we advance the design using a free-form surface mirror to reduce the F-number for less illumination energy and to shrink its optical track width to 40 mm. We achieved large depth of field (DOF) of 1.2 mm, defined as a range exceeding 30% modulation transfer function (MTF) at 300 dpi, which is about twice as large as a conventional gradient index (GRIN) lens array contact image sensor (CIS). The aperture stop has a rectangular-shaped aperture, where one side length is as large as 4.0mm for collecting much light, and another side length is as small as 1.88mm for avoiding interference of folded ray paths.     

具有层状晶状体的人眼模型的光学性质

为了更加符合眼睛的解剖学结构,用建立的层状结构晶状体模型代替了Hway-Lan Liou眼模型中的折射率连续变化的晶状体模型。从而建立了新的眼睛模型。在这个新的层状晶状体模型中,最外层前后表面的非球面系数与解剖学数据相符。由于层状结构使光线追迹具有特殊性。因此用C语言编制了光线追迹程序,并对此眼睛模型的光学性质进行了研究。结果表明,晶状体层数较少时,眼睛的球差曲线出现翼状结构．即层状晶状体的引入使眼睛具有多焦性．并对这种现象进行了解释;具有层状结构晶状体的眼睛和具有折射率连续变化的晶状体的眼睛能够给出等价的球差结果。     

多孔径仿生复眼成像系统技术进展综述

昆虫复眼是一种理想的小型化、多孔径、大视场的视觉系统,具有智能特征,虽然由于每个复眼的孔径尺寸和数值孔径都很小,使昆虫复眼的视力较差,但是其对运动目标却有很高的探测灵敏度,且对光的强度、波长和颜色等都有较强的分辨力。长期以来,人们一直致力于昆虫复眼的特性以及仿生昆虫复眼的研究。对目前常见的复眼类型和现有的各种类型的仿生...     

仿生复眼成像系统设计与制作的研究进展

基于仿生复眼光学成像系统体积小、重量轻、视场大、灵敏度高等优点,对其研究现状和发展前景进行了综述。简要介绍了生物复眼的结构与分类;分别从平面型和曲面型仿生复眼成像系统的设计概述了仿生复眼的研究进展,给出了国内外典型复眼成像系统的结构、模型和成像功能;总结了仿生复眼成像系统应用于不同领域的特点和优势。最后,分析了目前仿生复眼的工艺现状,指出仿生复眼的功能主要受微器件制作工艺的限制,而超精密加工技术是一种革新的、综合的微细加工方法,具有制作更高精度透镜阵列,提高人工仿生复眼应用能力的潜力。     

重叠复眼光学模型的建立与分析

与并列型复眼相比,重叠复眼有更高的光能量利用率和更高的灵敏度.该文从梯度折射率（GRIN）介质的光学特性出发,分析了GRIN介质在重叠复眼中的作用；参考生物解剖学中的测算结果,首次建立了重叠复眼的光学模型；通过对九个小眼进行光线追迹,分析了光接收器上的光线分布情况.     

半导体激光器光束远场特性研究

精确测量了半导体激光器远场分布并与新的远场理论模型作了细致的比较，结果表明新模型在很大的角度范围内与测量数据准确地符合。     

麦克斯韦鱼眼微球透镜的研究

自麦克斯韦鱼眼透镜理论模型提出后，长期以来学术界一定以为它只是一种色对光学仪器，在实践中并没有应用的可能。但通过对麦克斯韦鱼眼微球透镜的理论研究表明，在一定条件下，它具有良好的成像性能和耦合效率。采用复合结构及多阶段离子交换工艺可制备出优质的麦克斯韦鱼眼球透镜，在微小光学和集成光学具有诱人的应用前景。     

Fabrication of gradient refractive index ball lenses

The theoretical model of the Maxwell fish eye sphere lens has long been regarded as an absolute optical instrument without practical application since it was proposed. But the study on the theory of Maxwell fish eye micro-spherical lens shows that at certain condition it has fine image formation ability and coupling efficiency. Based on the Fick's diffusion equations, the distribution function of refractive index of gradient refractive index (GRIN) ball lenses is derived. Lithium-containing silicate glass is fabricated and GRIN ball lenses whose diameters are from 0.3 to 3.0 mm are made by ion exchange and the sagging method in sodium nitrate. Radial refractive index profiles of these GRIN ball lens are measured by interferometer. Results show that the distribution of the index of refraction is a parabolic curve and in concordance with the computational consequence and its Δn is 0.0002.     

一种应用于LCoS光机的复眼照明系统仿真设计

复眼照明系统利用复眼透镜，可实现高亮度和较好的亮度均匀性，并且有较成熟的偏振处理方法，在投影系统特别是基于偏振光的投影系统中能提供比光棒照明系统更加高的亮度和好的均匀性的画面，使得光能利用率和图像均匀性有了较大的提高。在对复眼照明系统的原理进行分析的基础上，设计了一种用于投影光机的复眼照明系统，并用Matlab对该系统进行了光线追迹的仿真程序设计。对复眼照明系统的光线追迹进行了仿真。实际应用证明，在LCoS中采用本方案设计的照明系统比光棒照明系统具有更高的亮度和更好的均匀性。     

猫眼谐振腔氦氖激光器理论分析

猫眼逆向器作为谐振腔镜与一个凹面镜构成猫眼激光谐振腔.精确计算了三种猫眼逆向器(即理想猫眼逆向器和两种存在误差的猫眼逆向器)的逆向平行反射性，并对应用这三种猫眼逆向器的谐振腔中高斯光束的各项参数进行了深入分析，得出结论：对于高斯光束，凸透镜的焦距、凹面镜曲率半径、凸透镜与凹面镜间距三者相等的猫眼逆向器为理想逆向器，其逆向平行反射性最好，此时猫眼谐振腔处于理想状态，基模模体积最大，远场发散角最小，稳定性最好；在猫眼谐振腔的设计中，要尽量减小猫眼逆向器中凸透镜的焦距，增大凹面输出镜的曲率半径；猫眼逆向器存在误差时谐振腔的各项性能将受到影响.为猫眼谐振腔激光器的设计提供了理论依据.     

Achromatic customized intraocular lens based on an individual pseudophakic eye model

Customized hybrid diffractive-refractive intraocular lens (IOL) has been designed based on an individual pseudophakic eye model constructed with the measured corneal topography data and the eye's axial lengths. The detailed designing and optimizing procedure is given. It is found that an eye with achromatic customized IOL would achieve super modulation transfer function (MTF) in both the scotopic and photopic conditions. The variation of MTF as colors is negligible, the chromatic focus shift is no more than 0.1 D, and the depth of focus is 3.0 D with quite high MTF. The achromatic customized IOL provides excellent visual performance for cataract patients. Moreover, individual pseudophakic eye model can be an effective tool for evaluating the optical performance of pseudophakic eye and the influence of clinical surgery deviation.     

基于图像处理的高精度透镜包边方法研究

提出了一种基于图像处理的透镜包边方法,根据待包边透镜的特点确定了光路中各参数,由面阵CMOS器件接收透镜反射的十字叉丝像,并通过图像处理的方法计算透镜的中心偏,以此为依据调整透镜位置,达到误差允许范围,然后加工金属外圆,完成包边。对测量系统、电机控制和软件实现作了详细说明,给出了实验结果。实验结果表明,该方法操作简单、测量精度高,可有效减小透镜中心偏。     

Optimization of the lens-array structure for performance improvement of integral imaging

The seemingly inherent deficiencies of integral imaging systems-in particular, the depth of field limitation-are, in this Letter, partly resolved by using an irregular lens array, where each lens is either rotated or displaced from its original position in the conventional flat lens array. It is shown that having an array of lenses in the integral imaging system has some sort of redundancy that could be exploited to improve the quality of the image formation. The needed rotation or displacement of constituent lenses in the array is found by using a meticulous optimization algorithm, which tries to evenly distribute the optical rays emanating from each of the lenses to form the final image.     

Viewing-angle-enhanced integral imaging by lens switching

In spite of the many advantages of integral imaging, its narrow viewing angle has been a disadvantage. We propose a method to enhance the viewing angle of integral imaging by opening and shutting each lens in the array (i.e., the elemental lenses) sequentially. We prove our idea by using a mask that has a pattern of an on-off vertical array of apertures. Moving the mask prevents the aliasing of a neighboring lens. Thus image overlap or image flipping is reduced and the viewing angle of the system is increased.