30 mm~300 mm轻型变焦物镜光学系统设计

设计了一组长焦距轻量型变焦光学系统,焦距为30 mm ~ 300 mm, 视场角为1.1°~ 11.4°,F数为3.5。由于变焦系统焦距较长,并且需要在控制口径的前提下减轻质量,经过对变焦理论进行分析并结合实际情况,采用正组补偿,运用Zemax软件,对变焦系统同时进行像质优化与轻量化设计,优化过程中加入非球面,达到简化结构,提高像质的作用; 在不影响像面照度的情况下,对轴外光线进行了适当的拦光,使得有效口径尽量变小,同时对系统的部分透镜材料进行替换,平衡了高像质与轻质量间的矛盾,最终使系统的总体质量从937 g减小到584 g,且系统像质良好,轴上调制传递函数在120 lp/mm处大于0.3,轴外调制传递函数在120 lp/mm处大于0.2,各视场的调制传递函数在40 lp/mm处大于0.5,畸变小于1%。根据变焦运动方程,运用Matlab软件进行编程计算,得到反映变倍组与补偿组运动过程的凸轮曲线,在变焦的过程中像面比较稳定,调焦顺畅。     

Design method of resolution test system for portable low-level-light night-vision device北大核心CSCD

微光夜视仪是信息化战争夜战中必备的一种仪器,广泛应用于夜视单兵侦察、枪瞄、车载、机载等作战领域。分辨力是衡量微光夜视仪探测能力的重要参数,是反映其综合性能的关键指标之一。为了解决现场使用、保养和维修等全寿命周期的各个环节中微光夜视仪的性能保障难题,研制了便携式微光夜视仪分辨力测试系统,主要组成部分包括光源组件、供电电池、靶标转轮、成像物镜、照度计、电池电压测量反馈模块、适配器和触摸显示屏等,实现了对微光夜视仪分辨力的测试,可在现场替代实验室测试系统,弥补其体积大、不便携带等缺陷。     

Validation method of infrared imaging simulation based on recognition range北大核心CSCD

随着红外成像技术的发展和应用,红外系统成像仿真及验证技术越来越受到重视。现有仿真模型验证方法没有考虑到人眼视觉的影响,可能导致严重后果,为了解决这一问题,提出了基于识别距离的红外系统成像仿真模型验证方法。以识别距离作为红外系统成像仿真模型的准确度评价因子,考评仿真图像与实测图像在灰度分布、信噪比、分辨率、成像大小、人眼视觉等方面的综合差异。     

Optical design and analysis of illumination system based on augmented reality北大核心CSCD

照明系统是增强现实光学系统的重要组成部分,其体积、照度均匀性、能量利用率直接影响增强现实照明系统的质量,因此在照明系统中对光源二次配光非常重要。针对增强现实系统的自由曲面透镜形式和照明系统开展研究,重点分析准直系统集光角度与体积的对应关系,在对光源准直系统的面型构建详细分析基础上,对中心透射边缘反射的折反射式准直系统的面型进行求解,结合偏微分方程法和划分网格法,设计了自由曲面透镜,该系统与偏振分光棱镜共同组成硅基液晶（liquid crystal on silicon,LCoS）照明系统。仿真分析结果表明:系统照度均匀性达到91.96%,若不计偏振影响,照明系统光学效率达到66.6%。该系统具有结构简单紧凑、体积小、质量轻、照度均匀性高等特点,满足增强现实眼镜的需求。     

Development of afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen of low-level-light image intensifier北大核心CSCD

The time characteristics of fluorescent screen is one of the important parameters to evaluate the performance of image intensifier. At present, there is no measurement method for the afterglow time of nanosecond fluorescent screen of low-level-light image intensifier. Based on the traditional test scheme of image intensifier afterglow time, a afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen was developed. This system used a high-speed signal generator with the sampling rate of 250 MHz to complete the excitation of the laser diode light pulse, and a photomultiplier tube was used with the descending time of 0.57 ns to complete the photoelectric conversion of the fluorescent screen light signal. The weak photocurrent signal of μA magnitude was amplified and converted to a single-terminal differential circuit to complete the AD conversion in AD9684. Then the digital luminance information of the fluorescent screen was stored in the double data rate SDRAM (DDR) unit after field programmable gate array (FPGA), and the host computer sent instructions to read the DDR memory. The USB3.0 high-speed transmission protocol was used to transmit data to the host computer. In the data processing, the Kalman filtering and fast finding falling edge algorithm were used to realize the accurate measurement of noise filtering from collected data and afterglow time. The test results show that the proposed afterglow time test system for nanosecond fluorescent screen can effectively test the image intensifier with ultrafast optical characteristics. The afterglow test results of P47 phosphor reaches 118.094 4 ns, and the repeatability reaches 2.08%. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

6 mm~60 mm百万像素变焦安防镜头设计

设计一种可用于监控系统的大口径百万像素变焦距光学成像镜头,采用0.85 cm(1/3英寸)CCD接收,像元大小为3.75 m。镜头在短焦、中焦、长焦的位置时F数分别为1.6、2.1和2.4。变焦系统采用四组元组合形式,与传统的变焦系统相比,该系统采用第4组元作为补偿组。通过高斯法分析与求解得到初始结构,使用Zemax软件对其优化,系统均采用球面透镜进行设计。镜头轴上视场在133 lp/mm处大于0.3,轴外0.7视场在133 lp/mm处大于0.2,系统的最小后截距大于9 mm,满足装配要求。最后采用多点拟合绘制出此系统的变焦凸轮曲线。     

远焦小型线性变焦距物镜的设计原理

介绍远焦小型变焦距物镜的设计原理及方法。合理选取物镜的光学参数使变焦距物镜小型化 ;选取透镜的玻璃材料校正物镜的色差 ;采用适应法光学自动设计程序进行像差平衡 ,提高变焦距物镜的像质。所设计的变焦距物镜适用于多种医用内窥镜图像显示系统 ,其像质可与高分辨率的CCD图像传感器匹配。     

An all-silicone zoom lens in an optical imaging system

An all-silicone zoom lens is fabricated. A tunable metal ringer is fettered around the side edge of the lens. A nylon rope linking a motor is tied, encircling the notch in the metal ringer. While the motor is operating, the rope can shrink or release to change the focal length of the lens. A calculation method is developed to obtain the focal length and the zoom ratio. The testing is carried out in succession. The testing values are compared with the calculated ones, and they tally with each other well. Finally, the imaging performance of the all-silicone lens is demonstrated. The all-silicone lens has potential uses in cellphone cameras, notebook cameras, micro monitor lenses, etc.     

光学补偿式红外高变倍比步进变焦光学系统的设计

根据光学补偿变焦距理论,基于红外中波制冷型320240焦平面探测器,设计了31光学补偿式红外步进变焦光学系统。该光学系统工作波长范围为3 m～5 m,光学系统的F#和探测器相匹配,恒定为4,冷屏效率100%,焦距范围430 mm~12.867 mm。采用3种光学材料和非球面对光学系统进行优化设计,对7个视场严格校正了像差,各个视场的MTF曲线均接近衍射极限,获得了良好的像质。     

LCoS背投光学引擎中变焦投影物镜设计

设计出变焦投影物镜，能满足相同光学引擎、相同屏幕位置下不同屏幕尺寸的需要。考虑到所设计的系统为大相对孔径、中等视场和小变焦比，从变焦理论出发，采用正组补偿的机械补偿法，对变倍组进行合理的倍率选段，求出了高斯解；然后分组元选用合理的初始结构，利用ZEMAX光学设计软件进行优化设计，解决了变焦系统畸变难以控制的问题，并使用调制传递函数对整个系统进行了综合评价。设计结果表明：该变焦投影物镜系统的光学性能和成像质量均满足设计指标要求，能应用于101.6～177.8cm的大屏幕电视。     

水下变焦镜头的设计

通过对光在水中传播特性的分析，讨论水下摄影中需要特殊考虑的关键因素，如光能衰减、镜头视场损失和内腔防水等，分析普通相机加隔水窗后在水中拍摄时像质变差的规律。为了适应深水探测，获得清晰成像质量，基于光焦度分配公式，提出了水下变焦镜头设计思想。用实例说明水下镜头的设计方法，设计的镜头相对孔径为F/1.6。设计结果表明：该镜头克服了普通镜头水下使用像质变差和最大视场渐晕等缺点。     

大孔径宽光谱变焦镜头设计北大核心CSCD

在高压电线运输电力过程中容易发生电晕放电现象,存在安全隐患,因此,进行电晕放电的检测十分必要。利用日盲紫外镜头进行电晕检测是检测手段之一。基于Zemax多重组态功能设计了一款大孔径宽光谱变焦镜头,目的是配合变焦范围为90 mm~165 mm变焦距紫外镜头应用,可在电晕放电信号检测时,全天候、快速准确找出损坏线路的位置。该镜头采用4组元、近对称结构型式,F数为1.4,可变焦范围在30 mm~55 mm,工作光谱波段为400 nm~850 nm,空间频率100 lp/mm处全视场MTF≥0.4,最大畸变≤±3%,均采用标准球面设计,系统总长为110 mm,适用于0.847 cm(1/3英寸)CCD,能较好地矫正各类像差,满足各零件基本加工工艺要求。     

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。     

线性双组联动型连续变焦光学系统设计

提出了线性双组联动型连续变焦光学系统的一种结构形式。该结构形式是对普通双组联动机械补偿式连续变焦光学系统的简化,其变焦组和补偿组全部采用线性运动,减去了控制变焦组曲线运动规律的变焦凸轮机构。在像面位移补偿过程中虽然会存在小量像面位移,但只要像面位移量控制在允许范围内不影响系统成像质量,给出了线性双组联动系统的具体设计原理和方法。     

优化算法用于变焦耳镜的光学系统设计

从耳镜变焦的目的出发,结合人耳的形状特点和耳镜的实际应用,使用粒子群优化PW系数求解结构参数的方法设计了一款3倍变焦的耳镜光学系统。变焦系统在做大范围观察时,视场角为2ω=30°,在长焦位置做仔细观察时,70lp/mm处MTF大于0.3。设计了入耳部分的微型结构,并使光斑直径小于爱里斑直径,畸变小于20%。在耳道各位置均能清晰成像,耳镜的使用更加方便,在耳疾诊治领域有广泛的应用前景。