鱼眼式光学系统的光阑球差与主光线标定

本文讨论鱼眼式光学系统光阑球差的两种简易计算方法－级数法和经验系数法，以及如何确保主线准确穿过光阑中心的方法。     

离轴反射光学系统像差特性研究

以轴对称光学系统的初级矢量波像差理论为基础,通过引入孔径缩放因子和孔径偏移矢量,获得了离轴反射光学系统初级像差特性。通过分析可知:离轴反射光学系统的初级像差依然由球差、彗差、像散组成。由于孔径缩放因子存在,离轴反射光学系统的波像差系数均有不同比例的减小,且轴对称光学系统的高级孔径像差会在对应离轴光学系统中引入较低阶孔径像差,例如轴对称光学系统未校正球差,对应的离轴光学系统除过球差外还将引入彗差、像散等。相比于轴对称光学系统的像差,由于孔径偏移矢量的引入,离轴反射光学系统的像差不再关于中心视场旋转对称,有可能在轴外视场产生像差零点。     

基于人类视觉的图像质量评价的定量研究

随着人们对视觉成像质量要求的不断提高,成像质量评价方法的地位也随之升高,而对比敏感度CSF是检测视功能的重要指标.本文研究了大瞳孔下不同Zernike组分高级像差与CSF的关系：高级像差、矫正第三级的高级像差、矫正第三、四级的高级像差、彗差、球差、三叶草6种情况下的CSF曲线图,定量地分析了在不同频率处CSF的变化规律.结果表明：RMS值与CSF曲线的变化趋势是呈负相关的;在空间频率为7 cpd和13 cpd时,高级像差、矫正第三级的高级像差、矫正第三、四级的高级像差后的CSF值分别为62和24.58、64.5和25.97、67.29和29.39,说明三、四级高级像差对CSF的递减变化都起到一定的积极作用,且第四级影响较大;彗差、球差、三叶草对CSF的影响不容忽视,在空间频率为7 cpd和13 cpd时,彗差、球差、三叶草的CSF值分别为82.03和34.81、85.64和35.85、85.96和36.18.     

光学系统设计中的光阑应用分析

基于远心镜头、显微镜头等成像镜头的光学系统在半导体装备上应用非常广泛。光学系统设计中需要规定对一定成像范围内的物点,以要求孔径角成像,这些对成像光束起到约束作用的孔径称为光阑;依据作用不同,一般分为孔径光阑、视场光阑、渐晕光阑和消杂散光阑;结合光学系统设计案例,深入分析了各类光阑对光学系统的影响。     

星间光通信中球差和彗差对信号光远场特性的影响

星间光通信中,波前畸变是影响信号光远场特性的主要因素。分析了球差和彗差对信号光远场分布、天线接收光功率的影响,引入了畸变衰减因子,给出了畸变衰减因子与波前畸变均方根(RMS)值的关系。理论分析和数值仿真结果表明,球差和彗差畸变越大,对天线接收功率的影响越大。在天线对准的条件下,当彗差和球差畸变均方根值分别约为0.120λ和0.135λ时,天线的接收功率为无畸变时的1/2。彗差对天线接收功率的影响主要是峰值移动造成的,球差对天线接收功率的影响主要是次峰的增强造成的。     

离轴三反望远镜主镜和三镜面形误差补偿机理

为保证大口径离轴三反消像散(Three-Mirror Anastigmat,TMA)光学系统在轨成像质量,探明离轴TMA系统中次镜位姿与主镜及三镜面形误差补偿机理,以矢量像差理论为基础,用Zernike多项式表述离轴TMA系统镜面面形误差,并对系统镜面面形误差进行解析。通过分析发现,位于非光阑位置三阶彗差经光瞳坐标变换衍生出与视场线性相关像散;提出结合失调离轴系统矢量像差校正解析式,以系统出瞳波像差RMS值为评价标准,构建离轴TMA系统像差补偿模型,利用次镜位姿对主镜及三镜存在面形误差的离轴TMA系统进行补偿。仿真实验表明：系统主镜存在0.5λ像散与彗差时,所构建像差补偿模型可将系统出瞳波像差由0.18λ补偿至0.08λ;系统三镜存在0.05λ像散与彗差时,可将出瞳波像差由0.3λ补偿至0.1λ,且当三镜面形误差在(-0.03λ,0.03λ)范围内时,可将系统各视场RMS值补偿至系统设计值,使系统成像质量满足要求,为大口径反射式空间望远镜在轨主动装调提供进一步理论指导。     

非球面齐明透镜的设计

鉴于过去文献只对非球面消球差透镜做了分析,根据初级像差理论给出了非球面齐明透镜(同时消球差和彗差)初始结构的求解方法,包括非球面齐明单透镜和非球面齐明双透镜的求解方法;并利用Zemax光学设计软件验证了这种求解方法的正确性.通过大量的计算给出了各种关系曲线,并分析了相对口径与透镜球差的变化关系,这些分析对光学系统的设计都是有益的.     

用粒子群算法设计的5镜系统与ZEBASE中5镜系统比较

将粒子群算法用于5片镜光学系统的设计优化中。由球差、像距、畸变、场曲、彗差和光线弥散值构成光学评价函数,用这个评价函数作为粒子群算法的适应度函数,优化设计了一结构简单的5 片镜系统,并把此5 片镜系统与ZEBASE 中5 片镜系统的球差、畸变、子午场曲、弧矢场曲、子午光线弥散值、弧矢光线弥散值、子午彗差、弧矢彗差进行了对比。对比结果显示,用粒子群算法设计的5片镜系统的球差、畸变、子午场曲、弧矢场曲、弧矢光线弥散值较小,ZEBASE 中五片镜系统的子午光线弥散值、子午彗差、弧矢彗差较小。设计实例表明,粒子群算法可以克服现有光学设计软件高度依赖具体初始结构的缺点,可以自由控制结构参数的搜索范围,从而提高光学系统设计的智能化程度。     

失调三反消像散光学系统像差特性

文中以矢量波像差理论为基础,对TMA 光学系统的失调像像差特性进行分析,通过分析发现失调TMA 系统的初级球差在全视场内为常量,彗差在全视场内的方向与量值均为常量,由失调引入的像散表现为失对称性、像散值与视场成线性,其零点位于中心视场。在校正失调产生彗差时,TMA 系统像散零点位于轴上视场,像差接近于零,而边缘视场的像散依然较大,因此在TMA 系统的装调过程中,需要测量多个视场的波像差。在同样情况下若轴上视场测量到像散,则是由于主镜的面形误差导致而非系统失调引起。利用CODE V对失调TMA系统的失调像差分布进行仿真,结果表明,利用矢量波像差理论可以对失调TMA系统的像差进行定性分析,以提高TMA 系统的装调效率。     

失调卡塞格林光学系统像差特性的研究

以矢量波像差理论为基础,对卡塞格林光学系统的失调像像差特性进行分析,通过分析发现失调的卡塞格林系统不会引入新的像差,只是会导致三阶像差在像面上的分布发生变化,球差在全视场内为常量,彗差零点不再位于视场中心,像散在视场内存在两个零点且不再关于中心视场对称。在校正失调产生轴上彗差的情况下,卡塞格林系统的一个像散零点位于轴上视场,轴上视场的像差接近于零,但是边缘视场的像散依然较大,因此在卡塞格林系统的装调过程中,需要测量多个视场的波像差来确定系统的装调状态。利用CODE V 对失调卡塞格林系统的像差在视场上的分布进行仿真,结果表明利用矢量波像差理论可以对失调卡塞格林系统的像差进行定性分析,以提高卡塞格林系统的装调效率。     

基于衍射理论的高斯像面球差的计算与分析

为了利用波动光学的衍射理论分析处理球差,采用先计算像点的光强分布再进一步分析处理球差的方法,对球差进行了理论分析和模拟。从基于点源圆孔衍射的成像原理出发,经过适当推导得到高斯像面上仅有球差像点的光强分布的解析计算式,分析探讨了高斯像面上球差的衍射机理及其计算与校正。结果表明,这种方法能够更为精细地分析处理球差,有助于在光学设计中对球差进行像差平衡与校正、光学加工中对球差的检测与修正以及数码成像时对球差做电子校正等,有利于促进激光技术和微光学以及微光机电系统的发展。     

旋转对称电子光学系统的五级几何像差分析

本文旋转对称电子光学系统五级几何像差按边界条件分成球有效期左、亚像散和场曲、亚彗差、像散和场曲、畸变等六类,并分析各类像差在高斯像平面上的图像。     

获取超大空域热像信息的凝视光学系统设计

论述超大空域凝视热像系统自动设计中的技术难点；运用Ａｉｔｋｉｎ插值方法于自动优化技术排除“溢出”光线；借助人的诱导，充分发挥像差渐晕的作用，改善像面照度的均匀性；给出了Ａｉｔｋｉｎ插值公式，误差分析公式和光阑边缘逼近公式。     

几种失调反射光学系统的波像差特性

为了描述失调状态下反射光学系统在整个像平面中的波像差分布特性,从而对反射光学系统进行有效的装调,对偏心和倾斜影响下的几种反射光学系统的三阶彗差和三阶像散进行了研究。首先,对失调光学系统三阶波像差的矢量形式进行了推导。然后,对失调状态下经典Cassegrain系统、Ritchey-Chrtien系统和三反射镜消像散系统三阶彗差和三阶像散的分布情况进行了分析,并且对两反射和三反射系统的装调进行了简要的讨论。使用Zernike多项式对视场中各个位置的波像差进行拟合,分离出三阶彗差和三阶像散并进行了全视场显示。理论分析与实际拟合结果一致,说明结论是正确的。     

动态激光散斑用于透镜轴向象差的测量

在高斯光束照明下，根据在平面内匀速运动的散射体经光学系统在观察面内产生的动态散斑的复振幅和强度起伏的空－时互相关函数，给出了散斑纯沸腾状态的位置，这位置恰好是点光源经过透镜的成象位置，由此提出了一种测量透镜球差、象散和场曲的新方法，并与其它方法作了比较。     

全向凝视光电成像系统鱼眼透镜的设计

为了实现光电成像系统对半空域目标的成像、探测和告警,以大视场成像理论和像差理论为基础,采用缩放法对光学系统鱼眼透镜进行了理论分析和仿真设计。利用桶形畸变及光阑彗差来增大像面照度的均匀性,通过光线追迹减小系统轴外像差,对系统成像质量进行多次评价与分析,并推导了透镜成像的畸变校正模型。结果表明,在可见光波段,得到了成像质量良好的鱼眼透镜,CCD有效像面尺寸为8.446mm×7.042mm,有效像素为2448×2050,视场为180°,焦距为2.24mm,相对孔径为1:2.8,像面照度均匀性达到90%以上,点列图弥散斑均方根半径值小于1/2像元,光学传递函数在145lp/mm空间频率处大于0.4。全向凝视光电成像系统可实现半空域目标实时探测。     

无畸变针孔广角物镜的研究

随着ＣＣＤ探测器的出现，针孔广角物镜得到广泛地应用，由于入瞳在针孔广角物镜的外面，畸变难以矫正，它的应用受到限制。在本文中，详细地研究了利用非球面如何短矫正光学系统中的畸变，并给出光学系统设计的结果和各种像差曲线。     

像差计算的可视化应用软件开发

为了方便快速地计算像差,采用MATLAB中GUI工具,从球面光路计算的向量公式出发,得到了一计算像差的程序界面,在程序界面输入各个相关参量,点击界面上各种像差菜单就能得到不同视场角在光瞳上不同入射点的各种像差,并可以计算系统的焦距和理想像面的像距以及给出像面的模糊程度(同一物点发出的不同方向光线的聚焦程度的具体数值。结果表明,该软件程序语言简单,程序语句大大减少,占用机时少,运行结果正确。程序通过编译后可以脱离MATLAB运行环境独立运行。     

二元光学衍射透镜波象差分析

通过对衍射透镜一级衍射象的波象差分析,由比较系数方法导出其赛得和数.