批产化空间透射镜头自动装校系统的设计和验证

针对批产化空间透射镜头短周期、高精度和高像质一致性的研制需求,研发了一种自动调整、在线检测、自主分析和自动校正波像差的自动装校系统。首先,设计了透镜自动调整方式和悬浮胶粘的结构形式,采用坐标投影将透镜失调量的测量值转换为调整装置的线性调整量,利用电机驱动调整装置的组合运动实现透镜自动调整。然后,设计了镜头调整检测集成平台和波像差校正模块,根据系统波像差测试结果自主分析透镜自由度调整量,并驱动调整装置运动实现透镜位置的补偿调整,通过均衡校正残留波像差的方式保证批次间像质的高一致性。最后,对20套批产化镜头进行自动装校实验,镜头研制周期为3天/套,透镜失调量控制精度优于10″和5μm,批次间相应视场调制传递函数最大偏差为0.026。实验结果表明,本系统可为批产化空间透射镜头装校提供一种高效的自动化研制途径。     

“液体透镜”将引发光学镜头革命

最近，法国Varioptic公司推出Arctic320和Arctic416两款“液体透镜”。这种液体透镜的自动对焦和变焦功能非常适合小型相机模块，不仅可以应用在医学影像、网络摄影机或工业用内视镜领域，更因其价格上的竞争力让手机制造商大为青睐。镜头是相机模块的灵魂，传统的镜头都是以玻璃或塑料为基材的，     

一款超薄非球面手机镜头设计

为满足市场对超薄手机镜头的需求,运用光学设计软件ZEMAX,参考传统三片式结构,设计了一款新的超薄非球面塑料手机镜头,其中第一片镜片是正透镜,第二片镜片是负透镜,第三片镜片也是负透镜,且光阑位于第一片透镜和第二片透镜之间。这3片透镜的材质分别为APL5014DO、POLYSTYR、ARTON-D4531,折射率和阿贝系数分别为1.542130,56.833340,1.590481和30.866877,1.514612,57.200025。该镜头的光圈值F为2.4,视场为58°,镜头总长为2.19mm。在295lp/mm处MTF值都大于0.2,点列图能量集中,各视场都在airy限制内。     

基于单曲面迭代计算的曲面透镜设计方法

为在平面上实现所需的照明,满足照明系统的要求,需要对光学系统进行二次设计。传统的设计方法往往用规则曲面指定透镜的一个表面,并以此为基础来设计另个一表面,这样会导致其表面形状复杂,不方便加工或装配。对此,提出了一种基于单曲面迭代计算的透镜曲面设计方法,即适当设计指定光线从透镜的一个表面到另一个表面的光路分布,再以此分别迭代计算透镜的各个表面。该设计方法采用两个自由曲面配合成曲面透镜,较以往的设计方法更加灵活、方便,设计得到的曲面镜头较以往更加简单光滑,便于加工和装配。结合一陈列灯镜头设计,给出了基于单曲面迭代计算的曲面透镜设计计算结果。     

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。     

柱面透镜母线的光学测量

一、概述随着光学事业的发展,尤其是宽银幕电影技术的发展,开拓了应用柱面透镜来满足对光学仪器特定性能的要求。各种不同的变形镜头,诸如用于摄影的和用于放映的变形镜头,都大量地采用了柱面透镜。因而在光学零件的加工制造上形成了一种不同于为人们所熟知的球面透镜的加工方法,同时也就产生了一些工艺和测量上的问题。本文拟就柱面透镜母线的测量原理、方法、测量工具的制造等方面给予阐述。     

AGRIN混合光学系统设计

轴向梯度折射率(AGRIN)透镜是一种有望用来替代非球面,并在成像时优于非球面的一种方法.综述了AGRIN材料的发展历史,现状及其在镜头设计中的应用,简述AGRIN材料在光学设计中的应用和它与非球面相比的优点,探讨AGRIN材料的制造问题.发现使用AGRIN材料,不仅会使光学系统成像质量有所提高,而且在制造和测试上都有很大的优势.最后以设计一个焦距125 mm、F/4、视场25°,适用于DALSA全帧28M像素大幅面CCD的航测数字相机镜头为例,把原来的11片全球面镜头,利用2片AGRIN透镜,在保持像质不变的情况下减少到8片,而且像质均匀性和镜头结构更加合理.     

镜头自动设计的进展(Ⅱ)

在前一部分中,我们已经概括地叙述了透镜自动设计的理论及方法。在这第二部分中,再就我们在改善自动设计程序的效率方面所作的种种赏试作一评述。首先,我们从各种各样的方法中,选择阻尼最小二乘法(简称为D.L.S法)这样一种数学方法並给出其实验结果。在这个实验中,我们采用只有两个变数的一个比较简单的透镜,对各种方法进行了比较。阻尼最小二乘法(D.L.S法)程序的效果在很大程度上取决于如何控制和使用好阻尼因子。在第二个实验中,我们探讨了控制阻尼因子的最佳方法。在探讨实际的自动设计程序时,如何处理边界条件是存在着许多的困难。最为困难的是不但不要对变数以过多的约束而且又要不破坏边界条件,此外还要尽可能地节省计算时间。     

国外点滴

<正> 变焦镜头由两组摄远变焦镜头给出了六种变焦物镜,这两组摄远变焦镜头的孔径分别为f/2.8和f/4。这些物镜均由Vivitar公司生产。它们中不管那一种,前组镜头是一个分离的双负透镜,后组镜头是一个复合的正透镜,可改变     

一款超薄800万像素手机镜头的设计

为了满足市场对超薄手机镜头的要求,运用光学软件CODEV,结合非球面理论,设计一款新的超薄800万像素手机镜头。该镜头由4片非球面塑料镜片,1片滤光镜片和1片保护玻璃组成,其中第1片透镜是正透镜,第2片镜片是负透镜,第3片镜片是正透镜,第4片镜片是负透镜,且光阑位于第1片透镜的前面。镜头光圈值F为2.4,视场角2为65.5,焦距为3.731 5 mm,后焦距0.31 mm,镜头总长度为4.6 mm,在最高频率1/2处大多数视场的MTF值均大于0.5,畸变小于2% 。     

分布折射率平面微透镜阵列综述

就分布折射率平面微透镜阵列的发展现状,以及该器件的特性、制造工艺、测试手段和实际应用等作了简单回顾,并分折了该器件的发展趋势。一、概述梯度透镜是一种折射率按某种规律变化的透镜。     

液体透镜的诞生和发展

本文介绍当今世界最先进的透镜成像系统——液体变焦透镜的诞生和发展.首先是哥伦比亚大学的反射式旋转液体透镜,可用作天文望远镜;透射式液体透镜从加州大学圣地亚哥分校的压力透镜,到Lucent公司的纯电力控制的液体—空气界面的透镜,再到Philips公司的方便操作的封闭式液—液界面透镜,最后到法国VariOptic公司的能自动调节光轴的改进型透镜,其中着重介绍了VariOptic的液体透镜.     

高性能近红外聚合物超透镜的逆向设计

传统的光学透镜存在体积较大、聚焦效率低、焦点半峰全宽较大以及在高数值孔径的透镜中性能表现不佳等问题。而光学超表面凭借其自身的亚波长结构,具有强大的操控光相位的能力。相比于传统透镜,超透镜具有尺寸小、厚度薄以及聚焦性能好等优点。本文提出一种基于目标优先算法的逆向设计方法,设计了一种基于低折射率聚合物材料的超透镜结构。其在传播方向上的厚度仅为3.2μm,在1550 nm的工作波长下,数值孔径为0.82,聚焦效率为72%。较传统设计方法而言,该方法具有计算复杂度低和设计效率高等优点。设计的器件可采用高精度微纳打印技术实现批量化的快速制造。考虑到超透镜在制备过程中存在制造容差,进一步讨论了超透镜轮廓偏移以及三维旋转操作对所设计的二维超透镜的影响。     

短焦段数字电影变焦放映镜头的设计

为了填补国内短焦段数字电影变焦放映镜头的空白及满足国内数字电影市场对大投射比镜头的需求,本文采用机械补偿式变焦原理,利用ZEMAX光学设计软件自主研发设计出一款适用于0.65英寸、单数字光处理器、1.3K数字电影放映机的短焦段连续变焦数字电影放映镜头.镜头包括前固定组、变倍组、补偿组和后固定组,由8组10片玻璃球面透镜组成,其中变倍组由一片负透镜构成,补偿组由两组双胶合透镜组构成.镜头总长170mm,全口径70mm,变焦范围为14.5～18.2mm,相对孔径为1/2,投射比范围为0.99∶1～1.23∶1,后工作距离为32.6mm.镜头凸轮曲线的设计采用等间隔变焦的方法,设计出了平滑稳定、斜率适宜、压力角小的凸轮曲线,具有加工方便、加工准确度高、变倍组升角容易控制且焦距变化均匀的优点.整个镜头结构简单、体形小、重量轻、成本低.     

透镜自动注胶机

在光学零件的加工过程中,随着微粉精磨、高速抛光的发展,手工操作的辅助工序却要耗费大量工时,透镜做胶就是其中之一。为使做胶工艺摆脱落后面貌,我们设计制造了一台透镜自动注胶机(图1)。     

大孔径变焦投影镜头设计

为了实现某一大孔径定焦投影镜头作为初始结构, 经过优化设计后成为大孔径变焦投影镜头, 根据设计目标的DMD对角线尺寸, 利用AUTOCAD对选择的定焦距系统的初始结构尺寸进行测绘, 初步选择各镜材料, 规划成5组元变焦系统, 利用各种操作数对镜头的基本参数和外形尺寸进行限制, 并合理利用2个非球面, 在光学设计软件Zemax与CODE V中往返优化, 得到一款在可见光波段内, 短焦距为14.61 mm、视场角为60°、F数为1.5, 长焦距为29.31 mm、视场角为30°、F数为1.6的变焦投影镜头。设计结果表明:各视场的传递函数(MTF)值在截至频率60 lp/mm处不低于0.46, 各焦距处的弥散角不超出1.6', 镜头具有良好的像质。该镜头系统由11块透镜和1块平行平板组成, 其中透镜2使用了非球面镜, 该镜头片数较少, 透镜折射率不高, 材料容易选择。     

Q-type非球面技术在超短焦全景镜头设计中的应用

介绍了Q-type新型非球面多项式算法及其相比于传统非球面多项式在加工、制造方面的优势.引入超短焦全景镜头焦距与分辨率的关系,利用Q-type非球面技术,设计了一款焦距0.657mm,焦距像高比≤0.184的全景镜头.该镜头由7组8片透镜组成,包含4面非球面透镜.设计结果表明:在空间频率为227 lp/mm处,调制传递函数值大于0.3,接近衍射极限;在垂直半视场角45°～90°的环景边缘区域,图像角分辨率达到了1.163 7 mm/(°),使得环景展开后有较高分辨率,表明Q-type非球面技术在超短焦全景镜头设计中有一定优越性.     

液体透镜在变焦系统中的应用

利用液体透镜进行变焦系统设计可以大幅降低系统的复杂程度,本文介绍和讨论了该项技术的研究和应用现状。首先,基于液体透镜的分类即渐变折射率透镜和变曲率透镜介绍了几种主要液体透镜的原理和特点,给出了具有代表性的ARCTIC透镜系列和Optotune透镜系列的设计参数和优点。然后,对液体透镜技术在变焦系统中的应用进行了分析,描述了其在变焦眼镜、手机相机、内窥镜和显微镜等诸多领域中应用的现状和优势。最后,利用液体透镜设计了一种长焦距变焦系统,该系统可实现2.5倍的可见光变焦。     

亚微米投影光刻物镜光学制造技术

本文报告亚微米光刻５倍ｇ线与ｉ线投影光刻物镜的光学制造技术。讨论超高精度要求的球面曲率半径、透镜中心厚度、球面面形与透镜偏心差等各项指标的综合控制技术与检测方法。着重介绍了作者所发展的大口径高精度双胶合透镜的计算机辅助无变形胶合技术。给出了加工检测结果以及镜头的主要性能指标。     

用随机抽样法实现全局优化

本文提出了一种在光学自动设计中寻求全局最优化的新方法：随机制抽样法。在与国外流行的模拟退火法作了比较讨论的基础上，给出了两个设计实例：双单透镜和双高斯照相物镜，证明本方法是切实可行的。