应用于dPCR的大视场荧光显微检测系统的设计

数字聚合酶链式反应(dPCR)作为一种新的核酸检测技术,在生物医学等领域得到广泛的应用。为了进一步提升现有的dPCR检测系统的检测效率,设计了一套基于大视场荧光显微镜的dPCR检测系统,将照明系统与滤波模组设计于显微镜物空间,结合复眼照明系统实现大面积匀光照明,照明面积可达到32mm×22mm,照明均匀性达到80%以上,提出一种结合神经网络的培养皿计数检测方法,可以有效筛选出培养皿中已经蒸发的培养皿。整个系统从相机曝光到检测结束仅需要几秒钟时间,相比传统的图像拼接式检测方法,其检测效率得到了明显提高。     

基于图像拼接的高通量数字PCR荧光基因芯片读取系统的设计

针对高通量数字聚合酶链式反应荧光基因芯片检测的需求,提出了一种基于荧光显微光学技术的基因芯片检测系统。系统以无限远荧光显微系统为框架,通过制冷CCD一次完成较大视场的成像,顺序移动基因芯片得到全部图像,通过图像拼接完成检测,切换二向色镜组实现检测不同荧光通道的目的。光学系统分辨率可达16.3μm、曝光时间500ms,目前只需要拼接35次,即可在1min内完成对28mm×16mm的基因芯片内两万多荧光通道的检测,极大的提高了检测效率。     

动态目标模拟器用视景仿真镜头光学设计

研究一种基于液晶光阀的动态光学目标模拟器用视景仿真镜头,给出了视景仿真镜头的设计实例。动态光学目标模拟器由内置液晶显示系统、视景仿真镜头、外置投影仪、计算机、电缆、调整机构组成。测试设备将命令发送到计算机,计算机根据接收的指令生成模拟地形图并控制液晶光阀将图像显示出来,液晶光阀位于视景仿真镜头的焦平面位置,视景仿真镜头对液晶光阀成像后形成平行光出射,可在有限距离上产生无限远效果模拟观测结果,光学敏感器接受模拟器的出射光线并成像完成模拟试验,视景仿真镜头采用二次成像的反远结构,同时为保证与液晶光阀出射光相互匹配,采用了远心光路的结构形式。视景仿真镜头的焦距f=-22.447 1 mm,视场角是对角线视场为45,有效视场为301.5301.5;全视场畸边＜1％,在Nyquist频率42.5 lp/mm处MTF＞0.45,系统长度325 mm;视景仿真镜头与敏感器镜头配合后在敏感器像面上的照度均匀性不小于95.4％。最后给出了视景仿真镜头的测试结果。     

一种用于OLED屏疵病检测的高解析度线扫描镜头设计

为了满足OLED屏疵病检测的成像需求,设计了一种高解析度线阵扫描镜头.光学系统基于双高斯对称结构,镜头焦距f'=116mm、放大倍率β=-0.5×、物方数值孔径NA=0.038、物方线视场2y=120mm.利用光学设计软件Zemax仿真可得镜头的调制传递函数MTF在奈奎斯特频率120lp/mm时能达到0.2以上,接近衍...     

强激光装置中玻璃疵病在线检测的光学系统设计

介绍了一种用于玻璃疵病在线检测的近摄工作距成像光学系统,其光组结构形式采用了光阑后置的准远心结构形式,主要光学参量为f′=14 mm;在物像距为250 mm约束条件下,物方视场达到90 mm（对角线）;F/number=3.56;光谱适应范围为400~800 nm,对应的空间分辨率为100 lp/mm时,调制传递函数大于0.29.     

强激光装置中玻璃疵病在线检测的光学系统设计

介绍了一种用于玻璃疵病在线检测的近摄工作距成像光学系统,其光组结构形式采用了光阑后置的准远心结构形式,主要光学参量为f′=14 mm;在物像距为250 mm约束条件下,物方视场达到90 mm(对角线);F/number=3.56;光谱适应范围为400～800 nm,对应的空间分辨率为100 lp/mm时,调制传递函数大于0.29.     

基于三维缺陷检测的双光路双远心光学系统设计

针对基于SMT技术生产的PCB板产品的三维缺陷检测问题,设计了一款高分辨率、高远心度及低畸变的双光路双远心光学系统。它通过远心投影物镜经共光路物镜将DMD数字条纹均匀投影至待测物面,同时经由共光路物镜和成像物镜收集物面反射条纹光至CMOS接收面。使用ZEMAX光学软件分别对三部分镜组进行优化设计,分析了系统的像差和调制传递函数。设计结果表明:共光路物镜部分采用长工作距离、大视场角及物方远心结构,空间频率50lp/mm处,各视场的MTF接近衍射极限;投影光路畸变小于0.1%,在投影面上全视场范围MTF在6lp/mm处大于0.8且条纹周期均匀;成像光路畸变小于0.05%,在全视场范围MTF在80lp/mm处大于0.3。仿真成像结果表明,在离焦量为+/-6mm时仍能达到景深范围内分辨率要求,能有效提高3D AOI检测质量。且双光路双远心系统所用材料基本为普通玻璃且重复率较高,利于加工和节省成本。     

宽视场高分辨率闭路监控系统监控镜头设计

为了满足新形势下闭路监控系统（CCTV）对拍摄视场和高清分辨率的要求,设计了一款复杂化的反摄远型全球面结构的CCTV镜头。该镜头的全视场为80,F#为3,焦距为5 mm,光谱范围为486 nm~656 nm。采用像元尺寸为7.5 m7.5 m,1.27 cm(1/2英寸)的CCD成像。该镜头在奈奎斯特频率67 lp/mm处,全视场MTF接近0.65;在1/2奈奎斯特频率处调制传递函数（MTF）大于0.85;在220 lp/mm处,全视场MTF大于0.3,已经接近衍射极限。镜头像面波前PV值为0.077 9,RMS为0.015 9,达到了瑞利判据的要求。设计评价结果表明,该镜头像差校正满足CCTV监控镜头的成像质量要求。     

具有实入瞳的远心离轴三反系统研究与设计

采用远心离轴三反成像系统的空间遥感仪器前有光束限制装置时,要求系统具有实入瞳与之匹配。为了满足这一需要,研究了孔径光阑位于主镜前与系统物方焦平面重合的离轴三反系统的设计问题,推导了主镜和三镜共面时离轴三反系统结构参数计算式及物方焦点与主镜间隔表达式,确定了实现系统物方焦点为实焦点的条件及其解法。据此,针对光谱范围为1.0～2.5μm、F数为4、有效焦距为360mm、视场为5°的设计要求,设计出整个波段全视场像质接近衍射极限的具有实入瞳的远心离轴三反系统,系统非球面最高次数为4次。设计结果表明,这种设计方法可用于实入瞳远心离轴三反成像系统的设计。     

指纹及手指静脉图像复合采集光学系统设计

针对生物特征的多模识别技术,设计了一款用于指纹及手指静脉图像复合采集的光学系统。用于采集指纹和手指静脉图像的光学镜头分别由3片和12片球面透镜构成,工作波长分别为650 nm和850 nm,成像器件分别采用640 pixel×480 pixel CCD和640 pixel×512 pixel非制冷红外探测器。使用Zemax软件对该系统的光学结构进行了设计和优化。像质评价结果表明:指纹图像采集镜头在空间截止频率67 lp/mm处,调制传递函数MTF值大于0.6;手指静脉图像采集镜头在空间截止频率30 lp/mm处,调制传递函数MTF值大于0.8;两镜头各视场弥散斑均方根半径远小于成像器件像元尺寸,接近衍射极限,且成像畸变均小于0.5%。实验证明该系统采集到的图像质量优良,分辨率高。     

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。     

多光谱荧光图像技术检测农药残留

多光谱成像技术是一种结合传统的二维成像技术及光谱技术的新兴无损检测技术。本文利用有机磷农药的荧光特性,结合多光谱成像技术和荧光激发技术,研发了叶片农药残留快速检测的多光谱荧光成像系统。结果表明,在190~300 nm的紫外光激励下,配置好的有机磷农药氧乐果会在440 nm附近产生显著的荧光发射,并且荧光发射光谱峰值与农药浓度具有良好的线性关系。滤光片可置换的多光谱成像系统研发以及实验检测结果为开发实时在线的农药残留快速无损检测系统提供了技术保障和理论依据。     

紧凑长轴向色散光谱共焦镜头

为提高和扩大光谱共焦位移传感器的测量精度和测量范围,并解决像方测量大数值孔径和物方光纤小数值孔径匹配下镜头过长的问题,设计一种紧凑型长轴向色散光谱共焦镜头。色散镜头用5个球面镜片,在工作波长450～700 nm内轴向色散范围达3.5 mm,波长和焦移线性拟合相关系数为0.97,像方数值孔径为0.48,光学长度为135 mm。在相同的镜头参数下,该色散镜头的轴向长度相比普通色散镜头减少了约35%。最后利用设计的色散镜头搭建光谱共焦位移测量系统,并进行性能评估实验。实验结果表明,该系统的最大测量标准差为0.05μm,最大平均绝对误差为0.04μm,实际轴向分辨率优于0.5μm,对被测物的最大测量角约为28.5°。     

超短投影距的投影物镜设计

为了实现微型数字光处理(DLP)投影仪的超短投影距离的目的,先根据成像关系计算构建了非球面光学曲面的面型,再对投影镜头整体优化,设计了一个含有两片奇次多项式非球面的广角投影物镜。镜头的物方F=2,焦距4 mm,像方视场角128°,像方0.4 lp/mm(截止频率)处调制传递函数(MTF)大于0.6,最大畸变的绝对值0.9%,镜头总长100 mm,最大口径Φ=80 mm。设计结果表明,该设计方法可以使大角度、超短投影距离的投影镜头摆脱常用折反射式结构,全透射式的光学结构可以真正实现发光二极管光源照明DLP投影仪的微型化、投影距离超短化。     

高精度虹膜识别光学镜头的研制

针对虹膜识别系统中难于获取高分辨率的虹膜图像问题,设计一款高精度虹膜图像采集摄像镜头。镜头焦距14.2 mm, 畸变小于0.15%,像方数值孔径为0.26,像面直径为5.35 mm,工作距离130 mm,物像共轭距为150 mm。光学系统可获得高分辨率图像,在0.7视场光学传递函数MTF在120 lp/mm时大于30%。镜头由4片球面透镜构成,结构简单,适合产业化生产,各项光学指标检测结果达到设计要求。     

内调焦摄远镜头的光学设计

提出了一种内调焦摄远镜头的光学设计方法。分析了其二级光谱特性 ,通过合理的选择玻璃材料校正了二级光谱色差。在光学结构上采用远距型结构以达到较小的远摄比。采用内调焦方式缩小了外形尺寸 ,简化了机械结构。通过实例说明了设计结果。内调焦摄远镜头的设计结果为 :焦距为 50 0mm ,相对孔径为 1∶4 .5 ,视场角为 5°,最近摄影距离为 5m ,调焦方式为内调焦 ,成像质量高于国家标准GB991 7 88所规定的J0 级镜头标准     

基于近红外远心镜头的双目瞳孔检测仪光学系统设计

为了降低双目瞳孔检测系统放大率对瞳孔位置的敏感性,设计了一款基于近红外远心镜头的双目瞳孔检测仪。阐述了系统中的核心部件——近红外远心镜头光学参数的计算过程,分前后组进行设计,并运用Zemax完成光学系统优化,以全视场MTF、全视场最大畸变和物方远心度为指标对系统进行公差分析,利用标准圆对仪器进行标定,拟合出像素数和瞳孔大小的对应关系。结果表明,对于55 mm~75 mm的瞳距,瞳孔的直径测量精度可达0.05 mm,满足使用要求。     

飞行模拟器用投射系统设计

研究了一种瞄准镜用飞行模拟器投射镜头的设计,并给出了模拟器投射镜头的设计实例。模拟器由显示系统、屏幕、投射系统、反射镜组成,模拟图像信号送入模拟器的显示系统,显示系统将视景仿真模拟图像信号投射到屏幕上,屏幕位于投射系统的焦平面上,瞄准镜对由模拟器进入的光线成像实现成像模拟。投射系统由周边系统、中心系统共9路光学镜头组成,投射系统周边系统、中心系统对应于瞄准镜的中心系统与周边系统,中心系统与周边系统的物面位置重合即共物面;中心系统采用摄远物镜镜形式缩短了镜头长度结构更加紧凑。周边系统焦距为f=263．02mm,视场角为2ω=17°,全视场畸边〈0．4％,在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF〉0．9,系统长度330mm;中心系统焦距为f=295．00mm,视场角为2ω=17°,全视场畸变〈0．37％,在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF〉0．9,系统长度283．2mm。投射系统采用全口径出光,同时系统通光口径略大于敏感器的通光口径,降低了系统装配的精度。     

基于二次成像的像面干涉高光谱成像方法

像面干涉高光谱成像技术主要应用于遥感成像领域,为了实现不同距离目标的光谱成像探测,提出了一种基于二次成像的像面干涉高光谱成像方法。通过在无限远成像系统中加入前端成像物镜、中继准直物镜和横向剪切分束器,构建一个二次成像的干涉系统。通过采用分离式的前端成像物镜方案,选用变焦镜头或不同焦距的定焦镜头,有效地兼顾远、近距离目标的成像光谱探测。对该方法的成像系统、光谱分辨率和推扫方式等方面进行了分析,进一步搭建了实验装置,对室内近场目标和室外远场目标进行了成像实验,并对生物组织进行了显微光谱干涉成像实验。实验结果表明,该成像方法能够有效用于不同距离目标的高光谱成像探测。     

微小球面显微光学系统设计与照明分析

机器视觉检测技术具有非接触、高精度的优点,正在逐渐取代人工检测,成为工业生产检测的重要一环,作为前端的光学系统是机器视觉检测技术的核心部分。文中针对半径10 mm以内的光滑球体表面检测设计了一款双远心光学成像系统。系统由7片镜片和1片滤光片组成,采用了2个非球面校正像差,调制传递函数曲线在40 lp·mm^-1处大于0.3,具有良好的成像性能。由于该系统光圈较小且待测物为类镜面反射材料,设计完成后进行了照明模拟,选择采用多个面光源对待测物进行照明。模拟结果表明,文中设计的双远心光学系统实现了对较大曲率表面成像,并给出了一种配套的照明方式。