连续变焦偏振视频显微物镜设计

针对传统显微镜在低照度环境时成像对比度低、识别难度大等问题,提出结合分焦平面偏振成像技术,设计了一款含三个移动组的五组元连续变焦偏振视频显微物镜。该物镜工作在可见光波段,变倍范围为1×?6.5×,物方线视场1.70 ~11.1 mm,全长220 mm,工作距离为22 mm,后截距为14 mm,后接偏振探测器获得目标的偏振信息。经仿真分析,该系统在变焦范围内像面稳定,在各个变焦状态下成像质量接近衍射极限。该系统不仅可以在显示屏上获得目标的不同放大倍率的像,缓解视疲劳,还可以获得目标的偏振信息,提高目标的识别概率、观察效率和低照度情况下的成像效果。     

红外显微物镜设计

对红外显微光学系统进行了研究.根据光学系统设计指标,应用无限远校正方法和反向追迹的方法设计两款不同放大倍率的红外显微物镜.并给出了两款工作波段在8～12 μm,放大倍率为1×和3×,工作距离均为25mm,物方线视场为20 mm的透射式红外显微物镜的设计结果和公差分析.     

近红外大数值孔径平场显微物镜设计

为满足飞秒激光微纳加工系统对高加工精度和大加工范围的需求,首先确定了该系统的重要组成部分-无限共轭距显微物镜所需具备的特性及设计指标。依据薄透镜组的初级像差理论,针对飞秒激光波长推导出光学系统为校正匹兹凡场曲和二级光谱所需满足的条件。该镜头由11片球面透镜构成,所选用材料皆为国产玻璃,同时避免三胶合结构的使用。设计了一套工作波长为785~815 nm,数值孔径为0.9,像方视场为22.5 mm,放大倍率为40的近红外平场复消色差显微物镜。设计结果表明:该镜头的MTF良好,全视场波像差均小于0.08,各种几何像差均远小于公差且满足平场和复消色差条件,能量集中度高。使用补偿器放松材料公差、加工公差和装调公差,公差分配后全视场RMS波像差小于0.09,满足实际应用要求。     

多组元全动型变焦物镜设计

为了寻找求解多组元全动型变焦系统更加简单而有效的方法,采用程序法的形式,通过给定初始参数(各组元倍率、间隔),对目标系统进行初始数据计算;然后通过给定其限制条件(正切差、变焦曲线曲率、视场角和系统总长)作为控制指令对数据进行优化;最终给出满足条件的光焦度分配,并计算出系统各组元数据参数。为了验证该方法的可行性,以四组元全动型变焦物镜为例,计算出了满足条件的系统参数,通过程序给出的初始数据在光学设计软件Zemax上完成光学系统仿真设计。将程序给出的光焦度分配与Zemax给出的焦距结果进行了对比,结果表明两者数据非常接近,从而证实了该方法的可行性。     

大倍率干涉显微物镜的光学系统设计北大核心CSCD

干涉显微物镜是干涉测量显微镜的关键部件,在微纳表面三维形貌测量中应用广泛。设计了一款无限远共轭大倍率Mirau干涉显微物镜,其放大倍率为50×,数值孔径为0.5。基于系统长工作距的特性,干涉物镜采用反远距物镜结构。根据二级光谱理论,分析了干涉物镜的二级色差校正,合理选择了玻璃材料和初始结构。利用光学设计软件Code-V进行系统优化设计,设计结果表明,光学系统全视场范围内在800lp/mm处的调制传递函数大于0.3,其他各项指标满足设计要求。通过非序列模式建模对所设计的干涉物镜进行光线追迹,仿真分析得到清晰的牛顿环干涉图,结果验证了设计的合理性。     

立体手术显微镜连续变焦大物镜设计

手术显微镜是显微外科手术中不可或缺的工具,大物镜是整个手术显微镜的关键部位之一。针对手术过程中工作距和系统放大倍率需根据不同的使用情况进行调整,设计了一套连续变焦大物镜。所设计的连续变焦大物镜由正、负透镜组组成,选用机械变焦补偿形式,通过沿光轴方向移动正透镜组,实现术面观察范围20 mm～125 mm、工作距150～350 mm、焦距230~400 mm,可同时满足连续变焦和工作距可调,并给出正、负透镜组间隔与变焦位置的采样曲线,导程量较小。     

20×Mirau型白光干涉显微物镜的设计

对于具有动态特性的MEMS陀螺仪表面形貌的检测,采用传统接触式检测方式难以实现。本文设计一款无限远场校正的20× Mirau型白光干涉显微物镜成像系统,实现对MEMS陀螺仪无接触式的表面缺陷检测。系统工作于可见光波段,数值孔径NA=03,放大倍率为20倍,工作距离31mm,总体长度为4585mm。系统包含光学成像部分和Mirau型干涉部分,光学成像部分的成像质量接近衍射极限,各项设计指标均满足要求;通过VirtualLab软件对干涉物镜进行光路的干涉仿真并得到清晰的干涉条纹,验证了设计的合理性。     

大相对孔径长焦距同轴折反射式望远物镜设计

以双反射镜系统为基础,在其前后均增加一组折射光学元件来校正和平衡系统像差,设计了一款仅由2片反射镜和4片透镜组成的大相对孔径、长焦距且总长较短的折反射式望远物镜.该物镜系统的工作波段为400?700nm,焦距为900 mm,入瞳直径为500 mm,遮拦比为0.43,系统总长为495 mm,全视场角范围内的调制传递函数值...     

医用光学变焦消色差内窥物镜设计

医用内窥物镜由于空间狭窄,设计难点在于如何进行局部光学变焦并分辨出局部放大人体组织的成像视图,因此物镜要满足低色差、高可靠性、微型化等需求。从分析内窥镜光学变焦存在的技术路线出发,应用阿尔瓦雷斯透镜在内窥物镜中实现光学变焦,这种结构变焦简单、结构稳定、快速且成像可靠。进一步以高斯括号法和像差理论为出发点,发展了基于阿尔瓦雷斯透镜内窥镜物镜消色差变焦光学设计理论。然后依据该理论,推导得到消色差物镜系统光学设计初始值。最后应用光学色差理论求解验证了理论的正确性,为进一步应用阿尔瓦雷斯透镜设计内窥镜提供了光学设计理论基础。     

5×光学补偿长波红外连续变焦物镜系统

介绍了一个变倍比5×的长波红外连续变焦物镜系统的设计结果,该系统采用光学补偿的变焦方式.光学系统的F#和探测器的相匹配,恒定为2,冷屏效率100%.对4个视场严格校正了像差,各个视场的MTF曲线均接近衍射限.采用二次成像方式对光学系统的横向尺寸进行了约束,通光孔径被约束在(0)134mm以内.为了进一步减小系统的轴向尺寸,对系统的光路进行了折转.光路折转两次后,系统的体积约为290mm×165mm×140rnm.     

长工作距的3D变倍外视镜光学系统设计

针对现有显微外科手术中内窥镜工作距离短、不能实现光学变倍、无法获得立体图像的问题,提出了长工作距、可变档变倍的双光路3D外视镜光学系统设计方案,其中单条光路由前后两组变焦系统组成,前变焦组子系统采用光学补偿的三组元式结构,其作用是实现工作距离、物方视场可变的同时保持出射光线平行;后变焦组子系统采用机械补偿的四组元式结构,其作用是接收前组子系统的平行光并保持像面位置及像高不变,组合而成的整体光学系统共有三个运动组元,通过三组联动的形式可达到变倍效果,该方案类比于筒长无限的显微镜,中间光路平行使得安装方便且可灵活插入分光器件,并推导了前变焦组子系统焦距与物方工作距离的关系方程,依据选定像元数为1920×1200、像元尺寸为4.8 μm×4.8 μm的高清CMOS,优化设计了物方分辨率为6.8~31.8 μm、物方视场范围为Φ15~Φ70 mm、工作距为180~380 mm、整体缩小倍率1/β可实现分别为1.36×、2.36×,3.36×、4.36×、5.36×以及6.36×的六个档位变化的3D外视镜光学系统。通过给定合理的公差范围,仿真结果表明,六档倍率情况下的光学系统调制函数在105 lp/mm空间频率处优于0.15概率达到90%以上,变倍凸轮曲线平滑无拐点,可满足显微外科手术要求。     

长焦距大变倍比中波红外变焦距系统设计

为实现红外连续变焦距系统变倍比大、焦距长和系统结构简单的需求,在光学系统中引入衍射元件(DOE),设计了一套3.7～4.8μm波段折/衍混合连续变焦光学系统。该系统突破了传统折射式中波红外变焦系统难以同时满足变倍比大、焦距长、系统结构简单等要求的局限,其变倍比为20×,可在35～700mm焦距范围内连续变焦,仅包含6片透镜和2片平面反射镜。在空间频率17lp/mm处,系统在全焦距范围内调制传递函数MTF>0.5;变焦过程中系统弥散斑直径均方根值小于20μm,表明该系统成像质量良好。     

无限远像距中波显微光学系统设计北大核心CSCD

随着红外技术的发展,高性能红外显微系统在热物理化学、微生物及MEMS优化设计等科技领域起到了非常重要的作用,本文讨论了一种无限远像距显微系统的结构形式及设计方法,针对阵列规模320×256,像元尺寸30μm相对孔径为2的中波制冷型红外探测器,设计了一款无限远像距中波显微光学系统,放大倍率为3×,工作距离35 mm,数值孔径(NA)0.75,适合于高帧频下红外显微探测的需求以及类似显微物镜产品的系列化。     

大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计

针对中波制冷型640512凝视焦平面探测器,设计了一个大变倍比中波红外连续变焦光学系统。该系统采用三次成像技术,其工作波段为3.7~4.8 m,F数为4,变倍比为30:1,可实现23~701 mm连续变焦,变焦轨迹平滑,满足100%冷光阑效率。该系统采用硅、锗和硒化锌三种红外材料,通过引入非球面和衍射面来校正系统的轴外像差和高级像差。系统在30 lp/mm处,全焦距范围内调制传递函数（MTF）均在0.15以上,接近衍射极限。设计结果表明,大变倍比中波红外连续变焦光学系统具有变倍比大、分辨率高、结构紧凑、像质好等优点。     

大焦深数字灰度光刻物镜设计

为了提高数字灰度光刻系统的焦深,研究了基于点扩散函数稳定性的光瞳编码优化方法,在此基础上综合考虑系统的成像对比度和分辨率,利用工程计算软件MAPLE和光学设计软件ZEMAX设计了一种分辨率为1m的含有5区相位型光瞳滤波器的长焦深数字灰度光刻系统。结果表明,系统调制传递函数表现出离焦不变性,在保证像方分辨率的前提下,系统的焦深被延拓到原有焦深的2.5倍以上,且在整个焦深空间内系统性能与焦点处保持一致,从而提高了光刻系统的工艺容限。所得实验结果与理论分析一致,说明了设计的可行性。     

High efficiency, long working distance laser diode to singlemodefibre coupling arrangement

The authors describe a technique for coupling laser diode (LD) light into a singlemode fibre (SMF) which yields an efficiency as high as 85%, for uncoated micro-optics, with a working distance of 40 μm. The 1 dB excess loss alignment tolerances are ±0.9 and ±4 μm on transverse and optical axes, respectively. This is, to our knowledge, the best optimisation ever reported of the trip]et `coupling efficiency, working distance, and alignment tolerances' for an uncoated fibre micro-optics arrangement     

A fiber lens with a long working distance for integrated couplingbetween laser diodes and single-mode fibers

A new scheme is proposed for lensed fibers with a long working distance, as used in the coupling between laser diodes and single-mode fibers. The scheme consists of the combination of a hemispherically-ended coreless-fiber tip and an expanded-core fiber. The working distance is measured as 169 μm with a relatively low coupling-loss of 4.2 dB at a wavelength of 1.49 μm. Tolerances for a 1-dB loss increment for axial-, lateral-, and angular-misalignment are 35, 2.6 μm, and 0.8 degrees, respectively. The new configuration is suitable for alignment-free coupling between arrayed laser diodes and an array of single-mode fibers