可调焦胶囊内窥镜光学系统设计

为解决胶囊内窥镜分辨率与景深相互制约的问题,将一种单液体、电控、可变焦液体透镜应用到内窥镜光学系统中进行光学设计,在保证分辨率的同时,扩大了系统景深.采用CODE V软件进行设计,建立系统初始结构,构造液体透镜模型,基于液体透镜中液体的体积不变,曲率、孔径和厚度可变的结构约束特点,在MATLAB中计算出不同物距下透镜的曲率、孔径和厚度数据,将其导入CODE V的系统模型中,并提出了相应的优化流程.设计并优化带有液体透镜的胶囊内窥镜系统,实现了系统在3~100mm景深范围内的清晰成像,视场角大于110°,全视场范围内调制传递函数在40lp/mm频率下均大于0.3.     

镜面偏心测量光学系统设计及其杂光分析

为了解决现有镜面偏心测量设备存在的问题,本文研究了一种采用切换镜头和调焦相结合的方法来设计的镜面偏心测量光学系统,使用这个光学系统,既能使被测镜面的曲率半径扩展到-∞~+∞范围,又能保证测量精度。通过Lighttools软件对这个光学系统进行光线追迹,分析其杂光分布,结果表明:准直镜头内部多次反射产生的杂光强度很低,可以忽略。而当被测镜头中存在相邻球心像距的镜面时,产生的杂光强度比较大,在后续的图像处理过程中,必须增强目标图像的对比度。利用研制的镜面偏心测量设备进行测量实验,结果进一步验证了杂光分析的正确性。     

Adaptive nematic liquid crystal lens array with resistive layer

ABSTRACT

We propose an adaptive nematic liquid crystal (LC) lens array using a dielectric layer with low dielectric constant as resistive layer. With the resistive layer and periodic-arranged iridium tin oxide (ITO) electrodes, the vertical electric field across the LC layer varies linearly over the lens aperture is obtained in the voltage-on state. As a result, a centrosymmetric gradient refractive index profile within the LC layer is generated, which causes the focusing behaviour. As a result of the optimisation, a thin cell gap which greatly reduces the switching time of the LC lens array can be achieved in our design. The main advantages of the proposed LC lens array are in the comparatively low operating voltage, the flat substrate surface, the simple electrodes, and the uniform LC cell gap. The simulation results show that the focal length of the LC lens array can be tuned continuously from infinity to 3.99 mm by changing the applied voltage.     

转换屏发光光谱对闪光照相成像质量影响研究

转换屏的X射线激发发光光谱与透镜系统的匹配偏差会对闪光照相光电接收系统的成像质量造成影响.提出了一种一维线阵全分辨的模拟计算方法,对在理想光源照射下系统成像视觉全分辨能力进行了模拟计算.用白光光源加滤波片照明分辨率板的实验方法,对不同光源照射下系统的成像质量进行了评估.分析表明,转换屏发光宽光谱及其中心波长与透镜系统不匹配均对成像分辨率造成一定影响,而对图像对比度造成较大影响.只有在透镜系统针对的消像差波段540～550 nm附近窄带发光的转换屏,其成像质量才能基本不受匹配影响,近似于模拟计算的结果.     

电控聚合物分散液晶变焦全息透镜制作

介绍了相位型全息聚合物分散液晶(PDLC)材料全息透镜,在电场作用下液晶微滴折射率逐渐与聚合物折射率匹配,实现透镜电控变焦。研究了微米尺寸和纳米尺寸液晶微滴聚合物分散液晶材料配方特性和微观结构。采用优化纳米尺寸材料配方制作5~6μm聚合物分散液晶盒,采用离轴式平面波和球面波干涉全息写入光路,成功制作电控变焦聚合物分散液晶全息透镜样品。该透镜样品焦距为20 mm,能够正一级衍射放大成像。实现“0”,“1”变焦的驱动电压阈值为60 V。并进一步提出了基于聚合物分散液晶电控变焦元件集成叠加技术实现电控变焦光学成像系统的技术思路。     

高斯-谢尔模型光束通过光阑像散透镜传输轴上光谱变化

从部分相干光的传输理论出发,研究了高斯-谢尔模型(GSM)光束通过光阑像散透镜传输轴上的光谱变化规律.结果表明,与光源光谱相比,高斯-谢尔模型(GSM)光束通过光阑像散透镜传输轴上光谱发生了中心频率的移动,这种现象被称为光谱位移.详细分析了透镜的像散、光束的空间相关性和光阑的截断参量对光谱变化的影响.数值计算表明,这些参量会对光谱移动产生比较大的作用.     

关于左手性介质几何光学的研究(一)

根据几何光学中的费马原理和完善成像原理研究了光线经过正负折射率界面时的传播特性,推导了单负折射率完善成像的曲面方程,讨论了单块负折射率透镜成像特性的一些缺陷及改进方案,依此指出了最短时间原理的适用范围的局限性和利用左手性介质制作光学器件的优越性,为进一步研究左手性介质的光学特性和相关光学器件设计提供了理论基础.     

方形自聚焦透镜的研制

经过方形玻璃丝的加工、离子交换及成品的精密加工等过程,成功制出了方形自聚焦透镜.并采用聚焦成像和雅明干涉等方法对其光学特性进行测试,得出了方形自聚焦透镜本身所具有的一些特性：中心部分畸变较小,成像性能好;四个棱角内的球差较大,像质较差;折射率分布不具有旋转对称性,而是与方向和半径有关.     

自聚焦透镜高效批量加工的双面研磨抛光法研究

依据双面研磨抛光原理,提出了加工自聚焦透镜平面和斜面辅助工装设计.从工艺技术特点和生产实际过程等方面对设计的工装使用情况进行分析验证.多次大批量加工实践证明,该辅助工装的设计完全满足了自聚焦透镜高效批量加工技术要求,简化整个生产线工艺,减少工艺流程时间,降低材辅料的消耗成本,从而验证了双面研磨抛光法是一种实用的加工自聚焦透镜的新方法.     

折衍混合复消色差望远物镜设计的PWC方法

将衍射结构视为折射率无限大的薄透镜,研究了衍射透镜高折射率表示的折衍混合复消色差望远物镜设计的PWC方法;设计了焦距为2000mm、相对孔径为1/15的双片型折衍混合复消色差望远物镜,并与常规三片型纯折射复消色差望远物镜进行了比较,结果表明双片型折衍混合复消色差望远物镜具有更好的二级光谱校正能力,色球差更小,因此具有更好的成像质量.