航空相机光学镜头被动消热一体化设计与验证分析

航空相机的使用环境温度变化范围较大,温度的变化会在相机光学镜头中产生温度梯度,影响相机成像质量。为保证相机光学系统的成像质量,需要对镜头在一定温度范围内进行消热设计。运用ZEMAX光学设计软件对某航空相机光学系统进行了热分析,并根据分析结果运用ANSYS软件实现了多片式、大视场角光学镜头被动式消热光机一体化设计,通过镜头内部补偿环节沿轴向的微位移改变镜间距,实现对光学系统不同温度下像质的补偿。同时,研制消热补偿试验件,采用一种高精度光学非接触式在线直接检测微位移的方法,精度达到±1 μm,完成了消热补偿试验件微位移测试。结果表明:不同温度下的微位移量与分析数据一致,最后通过对采用该消热一体化设计的实际航空镜头在不同温度下的像质检测,验证了该设计的有效性,镜头在各温况下性能良好。     

2.5倍光学变焦内置式手机摄像镜头的设计

包含直角棱镜的第一镜片组作为系统的前同定组.采用系统的运动组及像面与第一镜片组不共轴的结构形式设计一个满足56°视场(FOV)角、2.5倍光学变焦及600万像索要求的手机摄像镜头.利用全动型变焦距透镜高斯光学法计算镜头结构.用Code-V优化镜头系统,畸变为-5%～5%,弥散斑大小均匀,调制传输函数(MTF)值在空间频率20 lp/mm处大于0.8,184 lp/mm处大于0.1.公差分析验证了镜头的合理性.     

用于片式电子元件图像分析的LED光源研制

能够获得高质量、高对比度图像的光源,对于片式电子元件的图像分析至关重要。论述的LED组合光源充分考虑了工业实际照明中的影响因素,针对片式电子元件的不同结构,利用ZE-MAX光学设计软件建立模型和光学照度分析,并进行了实际照明实验和图像二值化分析论证。实验证明,该光源适用于绝大部分片式电子元件的照明,并取得良好的图像效果。     

折衍混合长波红外光学系统消热差设计

分析了温度变化对红外光学系统结构参数的影响,给出了红外光学系统消热差设计应满足的条件,讨论了衍射光学元件的温度特性,并将其引入到红外光学系统的消热差设计中.利用ZEMAX软件,设计了一套由锗和硫化锌组合的三片式折衍混合长波红外光学系统,其工作波段为8~12 m,视场为10.2,焦距为45 mm,F/#为1.5,总长为70 mm.设计结果表明,该镜头在-40~60 ℃温度范围内成像质量接近衍射极限,系统全视场调制传递函数在特征频率20 lp/mm处高于0.6, 87%的能量集中在探测器的一个像元内,实现了消热差设计.该系统具有结构紧凑、体积小、质量轻等优点,适用于军事或空间红外系统.     

新型光机系统问世

一种新型"定焦距、变焦距物镜光学机械一体化CAD系统"已由中科院长春光机所研制成功.该系统设计思想新颖,在国内首次实现了光学镜头的光学与机械一体化软件辅助设计功能,特别是光学镜头机械结构参数自动化设计填补了国内空白.     

光学镜头光学机械一体化CAD软件设计的研究

光学镜头设计过程中,因分开设计光学设计部分及机械结构部分,导致设计效率比较低,且设计成本比较高,不利于光学镜头设计事业的良好发展。本文中采用一体化CAD软件设计其光学设计部分及机械结构部分,有效的解决了传统方法中存在的问题,促进光学镜头设计事业可持续发展。     

一款超小型广角医用内窥镜镜头的设计

为了满足现代医疗内窥镜对小型化、便携性以及广角的需求,结合现代塑胶非球面和注塑成型技术,使用Zemax光学设计软件设计了一款超小型医疗用广角内窥镜镜头。该镜头使用了两片塑胶非球面,其光学结构为负正结构形式且分别位于孔径光阑的两侧。设计结果显示:该镜头的F数为6.0,全视场角为150°,系统总长为3.38 m,镜头外径为2 mm。该设计在1/2奈奎斯特频率处,各视场均大于0.45。通过对该镜头的测试,其图像清晰,能够较好地观察到人体内部组织的细节,满足医疗使用的要求。     

福科光学（Volk）新推出的迷你四片式角镜提供全方位视野

福科光学（Volk）新推出的迷你四片式角镜提供全方位视野,专为小型解剖和睑裂而设计。 利用微小的镜头旋转,该迷你四面镜可提供房角的全面视图,放大率达1.0倍。轻巧的镜体和镜环使镜头操作更加方便,尤其适用于小轨道。     

三片式LCOS激光投影显示中复合散斑的抑制

研究了三片式硅基液晶(LCOS)激光投影显示中散斑的成因、类型及其光学统计特性,并分析了激光散斑大小的测量方法。在此基础上,选用旋转散射片来减少三片式LCOS激光投影系统中产生的复合散斑,并通过一系列的仿真和实验,使得该激光投影机对比度C降到了人眼可接受的范围4.2%。证明了旋转散射片的方法能有效减少复合散斑,具有光学结构简单、实施性强等优点。     

非球面广角镜头的设计

为提高CCD摄像机的成像质量,同时使镜头结构紧凑、小型化,在广角镜头的设计中,引入标准二次曲面和偶次非球面.根据初级像差理论,分析了非球面的位置、初始结构参数的求解规律.通过理论计算和ZEMAX光学设计软件的优化,给出设计实例.     

基于三元采样图卷积网络的半监督遥感图像检索

该文提出了一种基于三元采样图卷积网络的度量学习方法,以实现遥感图像的半监督检索。所提方法由三元图卷积网络(TGCN)和基于图的三元组采样(GTS)两部分组成。TGCN由3个具有共享权重的并行卷积神经网络和图卷积网络组成,用以提取图像的初始特征以及学习图像的图嵌入。通过同时学习图像特征以及图嵌入,TGCN能够得到用于半监督图像检索的有效图结构。接着,通过提出的GTS算法对图结构内隐含的图像相似性信息进行评价,以选择合适的困难三元组(Hard Triplet),并利用困难三元组组成的样本集合对模型进行有效快速的模型训练。通过TGCN和GTS的组合,提出的度量学习方法在两个遥感数据集上进行了测试。实验结果表明,TGCN-GTS具有以下两方面的优越性：TGCN能够根据图像及图结构学习到有效的图嵌入特征及度量空间;GTS有效评估图结构内隐含的图像相似性信息选择合适的困难三元组,显著提升了半监督遥感图像检索效果。     

二次成像光学被动无热化设计

介绍光学被动无热化设计的原理,对二次成像系统进行热离焦分析,提出一种使物镜组和中继镜组无热化,从而实现二次成像系统无热化设计的方法。研究由三种材料4片透镜构成的镜组无热化的图解法并给出详细设计步骤。采用Ge、ZnS和CdTe三种常用的红外材料,设计一个长波二次成像光学系统。设计结果表明该系统在-60～70℃的温度范围内,具有良好的消热差、消色差性能。     

基于二元光学的双视场红外光学系统设计

红外两档变倍光学系统具有结构简单、装调容易等特点,同时衍射光学元件的引入,增强了镜头的成像质量,减少了光学元件的数量,减轻了系统重量.介绍了含有衍射光学元件的两档变倍光学系统的设计原理,设计了一个折-衍混合的两档变倍的光学系统,对长、短焦距位置进行了像差分析,结果表明该设计能够很好的满足实际工程的需要.     

高分辨折反式红外探测系统光学设计

在红外探测中,传统红外焦平面阵列以及单像元扫描式探测器的像元难以分辨更精细的红外光强分布,为了提高红外探测的分辨能力,采用灵敏度高且可以将红外光分布转化为可见光分布的碳纳米管薄膜作为红外激光的接收器,把红外光探测转化为可见光探测,并以此为基础设计了一个折返式的光学成像系统进行红外光高分辨探测。优化并使用柯克式镜组降低了因球面反射镜曲率半径引起的大场曲,从而提高了系统成像质量和分辨率。通过光学设计优化得到了具有高传递函数值（MTF）、低场曲的折反式系统,从而使高分辨率的红外探测系统成为可能。     

小型化同心反射式手机镜头设计

基于现代社会对手机镜头高像素、小型化的要求,基于同心透镜原理设计了同心反射式手机镜头。通过光路计算,求解了系统的球差表达式,进一步获得了系统的初始结构。利用光学设计软件设计了光学系统,镜头采用像元大小为1.25 μm的曲面传感器,光学系统的F数为1.8,焦距为2.7 mm,最大全视场角为100°,系统总长为2.7 mm。设计结果表明,在空间截止频率400 lp/mm处,0.7视场的调制传递函数均大于0.34,全视场的调制传递函数均大于0.23,各视场的弥散斑半径均小于艾里斑。在全视场内,相对照度高于0.64,该设计满足手机镜头成像要求。     

大视场虚拟现实头戴显示器光学结构设计

为了满足用户对虚拟现实头戴显示器大视场和高分辨率的需求,采用逆向设计方法,通过理论计算与软件仿真,设计了一种同轴大视场虚拟现实型头戴显示器的光学结构。结果表明,每个通道采用3片非球面透镜,全视场角为90°,出瞳直径为8mm,出瞳距离为13mm,在奈奎斯特频率10.58lp/mm处调制传递函数大于0.3,最大畸变为6.1%;与参考文献相比,此结构分辨率高、畸变小、像差平衡合理。该设计为优化大视场头戴显示器的光学结构提供了参考。     

有限口径亚波长衍射光学器件的严格矢量分析

利用二维时域有限差分(FDTD)方法作为严格电磁计算模式,分析、比较了连续面型和经过Farn方法得到的亚波长结构面型的衍射微柱透镜在TE极化波和TM极化波入射情况下的聚焦特性。对不同F数衍射微柱透镜的严格矢量分析表明,亚波长结构器件的聚焦特性对输入光波的极化情况有更强的敏感性。并简要讨论了FDTD方法的数值色散和计算空间吸收边界的设置等问题。     

内植镜的光学参数对人眼成像质量影响的研究

基于人眼的光学系统模型,给出了矫正近视、远视的内植镜(PIOL)屈光度和眼睛高级像差的计算公式,较之临床上使用的经验公式提高了计算PIOL屈光度的准确性.利用ZEMAX光学设计软件,对植入具有相同屈光度、不同光学结构PIOL的人眼成像质量进行了理论分析.结果表明,当PIOL中心厚度相同时,植入凸凹结构PIOL对人眼成像质量有最佳矫正效果.     

Triplet Transfer Mediates Triplet Pair Separation during Singlet Fission in 6,13‐Bis(triisopropylsilylethynyl)‐Pentacene

Triplet population dynamics of solution cast films of isolated polymorphs of 6,13‐bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS‐Pn) provide quantitative experimental evidence that triplet excitation energy transfer is the dominant mechanism for correlated triplet pair (CTP) separation during singlet fission. Variations in CTP separation rates are compared for polymorphs of TIPS‐Pn with their triplet diffusion characteristics that are controlled by their crystal structures. Since triplet energy transfer is a spin‐forbidden process requiring direct wavefunction overlap, simple calculations of electron and hole transfer integrals are used to predict how molecular packing arrangements would influence triplet transfer rates. The transfer integrals reveal how differences in the packing arrangements affect electronic interactions between pairs of TIPS‐Pn molecules, which are correlated with the relative rates of CTP separation in the polymorphs. These findings suggest that relatively simple computations in conjunction with measurements of molecular packing structures may be used as screening tools to predict a priori whether new types of singlet fission sensitizers have the potential to undergo fast separation of CTP states to form multiplied triplets.     

大相对孔径变焦红外光学系统无热化设计

随环境温度变化红外镜头会产生热离焦现象,一般定焦红外光学系统可通过多种红外材料组合或引入衍射面来实现光学被动式无热化设计,而变焦红外光学系统大多是通过移动透镜组来实现机械主动式无热化设计。文中根据光学变焦原理和光学被动式无热化原理,提出一种变焦光学被动式无热化设计方法,并采用该方法设计了一种大相对孔径双视场无热化长波红外光学系统。该系统焦距为25/50 mm（变倍比为2:1）,工作波段为8~12 μm,F数为0.9,可匹配640×512,像元为17 μm×17 μm的非制冷红外焦平面阵列探测器。光学设计中采用3种红外光学材料（硫系玻璃HWS6、硒化锌和锗）组合,并引入3个偶次非球面,实现变焦无热化设计。设计结果表明:该系统在宽温度范围内具有良好的成像效果和温度自适应性,在空间频率30 lp/mm处,-50℃~80℃温度范围内各视场MTF均大于0.3。该红外光学系统结构简单、工艺良好,在红外车载领域有着广泛应用前景。