1 莆田学院 机电与信息工程学院, 福建 莆田 351100
2 福建省激光精密加工工程技术研究中心, 福建 莆田 351100
太赫兹波具有高穿透性、低能性及指纹谱性等特征，被广泛应用于探测领域，因此，设计太赫兹波成像光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景。首先，以四块透镜构成的天塞物镜为参考结构，应用近轴光学系统像差理论构建系统像差平衡方程，给出了系统初始结构参数求解函数和方法，再结合光学设计软件进一步校正系统像差，最终设计了一种用于太赫兹波探测的大孔径光学成像系统。该光学系统由4块同轴折射透镜构成，焦距为70 mm，F数为1.4，全视场角为8°，在奈奎斯特频率10 lp/mm处全视场角范围内的调制传递函数（MTF）值均大于0.32，各视场内的弥散斑均方根（RMS）半径均小于艾里斑半径。最后对系统各种公差进行分析和讨论。设计结果表明，本文设计的太赫兹波探测光学成像系统具有孔径大、结构简单且紧凑、成像质量较好且加工性易于实现等特点，满足设计要求，它在太赫兹波段高分辨率探测领域具有重要应用价值。
光学系统设计 太赫兹波 大孔径 像差平衡 公差分析 optical system design terahertz wave large aperture aberration balance tolerance analysis
1 莆田学院机电与信息工程学院，福建 莆田 351100
2 福建省激光精密加工工程技术研究中心，福建 莆田 351100
提出了一种基于变焦原理和初级像差理论的机械补偿式的长焦距离轴全反射式三档变焦光学系统设计方法。首先，建立了同轴四反射镜变焦光学系统初始结构求解模型，基于该模型，应用开发的自适应变异概率遗传算法对其进行求解，得到了同轴系统部分初始结构参数；然后，将其进行适当偏心和倾斜来消除共轴系统中心遮拦问题，结合光学设计软件Zemax对离轴系统像差进行校正。最后，应用上述设计方法，系统中各块反射镜光学面采用非球面设计，设计出高成像质量的焦距为300、600、900 mm的三档变焦离轴四反射镜光学系统。结果表明，该方法为离轴全反射式三档变焦光学系统设计提供了一种有效手段，能设计出满足实际应用需求的系统。
几何光学 光学系统设计 四反射镜 三档变焦 机械补偿 长焦距 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1908001
莆田学院 机电与信息工程学院, 福建 莆田 351100
为帮助纺织企业的工作人员快速、准确地从数据库中检索出与织物图像相同或相似的图像，提出了一种小波变换下基于分形编码和 Zernike 矩的织物图像检索算法。首先，利用小波变换获得低频分量，对变换后的低频子图进行分形编码，得到编码参数。然后，计算低频子图像的 Zernike 矩。将小波变换下的分形编码参数和Zernike 矩相结合作为织物图像检索的特征量。相比于单特征检索方法，该算法克服了精度低、耗时长的问题。与基本分形算法(BFIC)、联合正交分形参数和改进的 Hu 不变矩算法(HVKF)以及稀疏分形图像压缩算法(SFIC)相比，该算法确保了重建图像的质量和较低的编码时间。实验结果表明，织物图像检索的平均精度和平均召回率均高于现有的检索方法。
织物图像检索 小波变换 分形编码 Zernike 矩 fabric image retrieval wavelet transform fractal coding Zernike moment
1 莆田学院机电与信息工程学院, 福建 莆田 351100
2 福建省激光精密加工工程技术研究中心, 福建 莆田 351100
反射光学系统具有无色差、结构紧凑、体积小和成像性能优良等特点, 被广泛应用于空间遥感探测领域。首先, 基于同轴四反光学系统像差表达式, 构建了以系统均方根波像差为条件的成像评价目标函数; 进而应用开发的自适应变异概率遗传算法求解该目标函数, 得到一组合适的同轴四反光学系统初始结构参数解; 随后, 在上述系统结构基础上对其进行适当离轴消除系统中心遮拦, 并将四块光学面设定为偶次非球面, 应用光学设计软件 Zemax 对其进行像差优化。最终设计了一款焦距为 800 mm、工作波段为 0.4～1.6 μm、全视场角为 1°、入瞳直径为 80 mm 的成像质量良好的离轴四反光学系统。结果表明, 该方法为设计此类离轴光学系统提供了一种有效手段, 具有很强的实际应用价值。
几何光学 离轴四反 初始结构 改进遗传算法 双波段 geometrical optics off-axis four-mirror reflective initial structure improved genetic algorithm dual-band
1 莆田学院机电工程学院，福建 莆田 351100
2 厦门大学航空航天学院，福建 厦门 361005
针对激光刻蚀的金属表面短期内的超亲水性及较长的润湿性转变周期问题，通过优化飞秒激光刻蚀参数在紫铜表面构造出微/纳米分层的乳突状结构，制备了超亲水样品。样品在水汽环境下高温热氧化3 h后，放置于150 ℃的管式炉中用乙醇辅助退火15 min，测得其表面水接触角由退火前的（4.0±0.7）°提高到（150.7±0.6）°，样品表面由超亲水快速转变为超疏水，极大提高了润湿性转变效率。
激光光学 激光烧蚀 润湿性 微纳米结构 水接触角 润湿性转变 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0714010
1 莆田学院机电与信息工程学院, 福建莆田 351100
2 福建省激光精密加工工程技术研究中心, 福建莆田 351100
为了满足目前机器视觉工业在线检测提出的更高要求, 本文给出了一种用于机器视觉系统的双远心镜头设计思路。首先, 根据系统设计指标, 确定较合适初始结构; 然后, 在双远心镜头成像原理和像差分析方法基础上, 应用光学设计软件 Zemax对系统像差反复优化设计, 最终得到了一款具有高分辨率、低畸变及远心度小等特点的双远心镜头。该镜头系统由 10片折射透镜组成, 工作波长为 400～ 700 nm, 工作物距为 100 mm, 畸变小于 0.07%, 远心度最大不超过为 0.06°, 调制传递函数值在奈奎斯特频率 77 lp/mm处均大于 0.5, 像差校正较好, 满足系统设计要求。
光学设计 双远心镜头 远心度 畸变 像差校正 optical design double telecentric lens telecentricity distortion aberration correction
红外与激光工程
2021, 50(6): 20200505
1 厦门理工学院光电与通信工程学院，福建 厦门 361024
2 莆田学院机电工程学院，福建 莆田 351100
为了使变焦光学系统能够实现超大视场以及大孔径高分辨率成像，提出一种能够有效指导此类系统的设计方法。通过分析变焦光学系统的原理以及比较其变焦补偿方式，确定采用全动型补偿方式来实现整个系统的变焦。根据初级像差的理论并结合ZEMAX软件得到系统较合适的初始结构参数，对其进行优化设计可以得到一款由14片折射透镜组成的大孔径以及超大视场变焦系统，该系统的工作波段为400~700 nm，焦距范围为6.54~17.00 mm，变倍比为2.6，全视场角范围为60°~178°，F数为2.8，调制传递函数值在奈奎斯特频率55.6 lp/mm处均大于0.40，说明系统的成像质量较好且满足设计要求。
几何光学 变焦系统 大孔径 超大视场 光学设计 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0708001
