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。     

利用光轴可移动液晶透镜的立体图像采集系统

针对传统双目视觉系统体积大、成本高等缺点,提出了一种利用光轴可移动液晶透镜的单相机立体图像采集系统。该系统由一个固定的相机模块和一个贴有偏振片的液晶透镜构成。通过改变电压的方式移动光轴并采集图像,利用光流法获取图像视差。研究了液晶透镜光轴变化对系统整体光轴的影响,推导了视差与深度的关系。通过验证所采集的图像存在视差来说明所设计系统的可行性,并进行了近距离物体的深度获取。实验结果表明,利用液晶透镜的光轴移动功能可以使系统的整体光轴产生移动,实现立体视觉。所设计系统无需机械移动,具有结构简单紧凑和成本低廉的优点,为立体图像的采集提供了新的方法。     

基于梯度折射率透镜的关节镜光学系统设计

关节镜是一种用于观察关节内部结构、诊治关节疾患的内窥镜。利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、像质好的优点,运用Zemax软件设计了一款结构简单的关节镜光学系统,可用于1/10＂CCD关节内窥镜成像。系统具有60视场角,F数为6, 工作距离从～5 mm,各视场的调制传递函数(MTF)在125 lp/mm时达到0.2以上,分辨率达到4 m,且各组态点列图均小于艾里斑半径。光学结构总长204 mm,最大镜头口径小于4.6 mm,根据关节镜的使用特点,系统满足使用要求。     

头盔式单目微光夜视仪中光学系统的设计

为提高头盔式单目微光夜视仪中光学系统的成像质量，并满足夜视仪结构紧凑、质量小的指标要求，提出在微光夜视仪光学系统设计中引入高次项非球面透镜的设计方法。针对具体的头盔式微光夜视仪，根据微光物镜、目镜系统技术参数计算理论，确定该微光夜视仪光学系统的技术参数，应用光学设计软件ZEMX上机调试，并在光学系统设计中引入高次非球面透镜，使物镜系统镜片数由原来的9片减少为6片，目镜系统由原来的9片减少为7片，简化了结构，并提高了成像质量。设计结果表明：在头盔式微光夜视系统中采用非球面透镜可以提高系统成像质量，简化系统结构。     

基于共焦法透镜中心厚度检测的光学系统设计

光学透镜的中心厚度是光学系统中的一个重要参数,其加工质量的好坏对光学系统的成像质量具有很大的影响。提出了一种基于共焦原理的非接触在线检测技术。系统的测量范围可达到9.8mm,测量精度可达到14.7μm。     

光学系统透镜热形变特性仿真研究

光学系统透镜组件在环境温度变化时发生的形变,特别是透镜的厚度、面形以及透镜间空间位置的变化,对系统成像质量有着不可忽视的影响。分析计算了某型导引头光学系统透镜组件在温度载荷下的形变特性。计算结果表明,当环境温度从20℃降低到-40℃时,透镜表面位移呈现出显著的梯度变化,7个透镜中表面的最大位移达0.05mm,透镜厚度的变化率超过0.05%,透镜间距离的最大变化率为3.46%。利用数据重构技术,计算结果可以作为透镜镜面形变分析的参考数据。     

超半球型浸没透镜在指纹图像采集中的应用

简要地叙述了指纹图像的应用意义。介绍了一台指纹采集装置 ,它主要由全反射棱镜、反射镜、双胶合透镜、超半球型浸没透镜、CCD等组成 ,并与计算机接口 ,从而实现了指纹采集过程的数字化 ,可以实时显示、存储指纹。着重地描述了超半球型浸没透镜的原理和成像特点。展示了几幅由指纹采集系统采集的指纹图像     

衍射光学透镜的设计

介绍一种衍射光学透镜的通用设计方法，它适用于大的相对孔径和任意的物像共轭距离，同时考虑了透镜基板厚度的影响．设计的结果，用激光写入法加工成透镜，其成像质量达到衍射极限．     

GRIN透镜干涉仪光学系统模型和分析

较完整地提出GRIN透镜干涉仪的数学模型,分析了光学系统处于六种不同模态下的特点,讨论了有关结构因素,特别是GRIN透镜长度对干涉仪工作性能的影响,有关分析和相关结论可作为GRIN透镜干涉仪系统设计和测量计算的依据。     

自由曲面光学透镜的图像变换面形测量系统与精度建模

为了解决自由曲面光学透镜光学表面面形的高精度测量问题 ,提出了一种可用于自由曲面光学透镜面形测量的图像变换光学曲面面形测量系统。从测量系统的测量原理出发 ,分析了测量过程中各种误差对测量精度的影响 ,推导出了自由曲面光学透镜的图像变换面形测量系统的测量误差公式 ,建立了自由曲面光学透镜的图像变换面形测量系统的测量精度数学模型 ,得到了该测量系统具有很高测量精度的结论 ,并且用实验给予验证。     

基于个体眼光学结构的波前眼镜设计

提出一种在个体眼光学结构基础上根据波前数据设计波前眼镜的新方法。建立了个性化的眼光学结构,并将眼球和镜片视为统一的镜一眼光学系统,用光学设计的优化方法给出镜片的结构数据,并分析了±7°视场和眼球旋转±20°时,该镜一眼系统的成像情况。与波前拟合的方法相比,该方法设计的波前眼镜离焦差为（-0．057±0．015）m^-1,像散差为（0．015±0．013）m^-1散光轴位差为（0．100±0．316）°。镜一眼系统的矫正视力均大于1．25,其中8只被试眼的视力可达1．5以上。10只被试眼在转动±20°情形下的0°视场成像相比于直视的情况均略有下降,而7°视场的成像质量相比于直视的情况下降则更为明显。由该方法给出的验光结果客观可信,可用于对佩戴波前眼镜后人眼的视觉质量的预先评估。     

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。     

基于光参量放大的高速实时光取样技术

提出了一种基于光参量放大的高速实时光取样方案. 利用色散介质对光纤锁模激光器产生的窄脉冲源进行色散展宽,从而产生线性啁啾光信号. 将该信号和被取样信号同时送入高非线性光纤,利用高非线性光纤中的参量放大效应,将被取样信号的强度信息调制到线性啁啾光信号上. 在接收端利用不同中心波长的滤波器即可滤出不同时间点的取样信号,从而在光域同时完成了高速实时光取样和取样信号的串-并转换. 是实现高速实时取样技术的一种极具竞争力的实现方案. 实验中,实现了对10 Gb/s非归零码OOK信号的40 GS/s的高速实时取样系统,并转换为4路10 GS/s取样信号输出. 在接收端成功根据4路取样信号恢复出被取样信号波形,验证了该实时光取样方案的可行性. 关键词： 光信号处理 光取样 参量放大 高非线性光纤     

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.     

Design and fabrication of fluid controlled dynamic optical lens system

A novel small fluid controlled optical lens system that is capable of displaying dynamic variation of its focal length and field-of-view (FOV) is designed and fabricated. In this active lens system, appropriate volume of the optical fluid can be pumped into or out of the lens chamber to provide double-convex (DCX) or double-concave (DCV) lens effect. Simple optical imaging experiments were performed using different sets of glass lenses with fixed focal lengths to determine the optimum lens configuration required for designing a dynamic optical lens system. The experimental results obtained from the glass lenses demonstrate that a combination of a single DCX lens with three DCV lenses provides a wider FOV. The flexible membranes for fluid controlled lenses were fabricated using polydimethylsiloxane polymer material, which has good optical transparency and elasticity. A simple fluid injection system is used to vary the radius of curvature of the lenses, and thereby to change the focal length. A dynamic optical lens system with a combination of one DCX and multiple variable focal length DCV lenses as designed here can image an object with a wide range of focal length and FOV. With this fluid controlled optical system, the FOV and focal length could be continuously varied and a maximum FOV of 118.3° could be achieved. The smallest f-number (f_/#) for this fluid controlled single lens system was found to be 1.3, which corresponds to the numerical aperture value of 0.35.     

折射/衍射混合红外双焦光学系统设计

利用二元光学元件消色差和对波面进行任意整形的特点，将二元衍射面应用于红外双焦光学系统中，对变焦方程的解进行了分析，给出了具体的系统设计实例.设计结果表明，在仅使用4片锗透镜的情况下，系统焦距为80 mm，F数为0.8时，系统垂轴像差小于72μm，在10lp/mm时光学传递函数大于0.8；系统焦距为160mm，F数为1.6时，系统垂轴像差小于35μm，在10lp/mm时光学传递函数大于0.7. 关键词： 红外变焦光学系统 折射/衍射混合透镜 光学设计     

基于光时分复用技术的高速成像系统

提出了一种基于光时分复用技术的高速成像系统。飞秒激光器中心波长1557 nm,脉冲宽度90 fs,对USAF-1951分辨率板线性扫描成像,扫描频率为38.88 MHz。在连续时间序列编码放大显微成像技术的基础上,运用光时分复用技术,复制光脉冲信号并携带检测物体相同的空间信息。原光脉冲和复制光脉冲以相同的采样率分别采样,通过相应的数据处理将两次采样数据整合在一起还原图像。实验结果表明,与传统的超快成像方法相比,成像系统利用10 GHz的数字采样设备可以达到20 GHz的采样率,采样点数是传统超快成像方法的两倍。该方法有效克服了成像系统采样率不足的问题,提高了成像系统的空间分辨率。与此同时,该系统算法复杂程度不高,有利于进一步促进超高速成像技术的发展。     

Design of midwave infrared athermalization optical system with a large focal plane array

Based on the most advanced staring focal plane array which had a format of 640 × 480 and the pixel pitch of 15 μm, a set of all-sphere midwave infrared ahermalization optical system was designed. The working wavelength was in 3–5 μm, the full field of view was 8.58°, the relative aperture was 1/2, the efficient focal length (EFL) was 80 m. The opticalsystem consisted of four lenses with three kinds of material – Ge, ZnSe and Si. All surfaces were sphere, which was easier to process test, making the cost inexpensive, and it could avoid using diffractive surface and aspheric surface. The image quality of the system approaches the diffraction limit in the temperature range −60 °C-180 °C. The design results proved that, the high resolution midwave infrared optical system had compact structure, small volume, high resolution and excellent image quality, meeting the design requirements, so that it could be used for photoelectric detection and tracking system.