1 上海健康医学院发展规划处，上海 201318
2 上海大学机电工程与自动化学院，上海 200444
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。
医用光学 镜头 变焦 内窥镜 光学设计 激光与光电子学进展
2022, 59(24): 2417001
1 国防科技大学空天科学学院, 湖南 长沙 410073
2 湖南省图像测量与视觉导航重点实验室, 湖南 长沙 410073
介绍一种通过设计相机成像系统来消除大气低频扰动的方法。精密光测工程通常在室外进行,很难避免因大气扰动造成的系统误差。大气扰动可以分为高频扰动和低频扰动两部分,高频扰动部分可以通过滤波消扰等图像处理方法消除。通过搭建相机对视成像系统的约束条件来消除由大气低频扰动引起的光测误差。在高速相机系统成像消扰实验中,利用镜面反射成像完成对视成像系统的标定。对比实验组和对照组的结果发现,测量误差从2.99%缩小至0.35%。结果表明相机成像系统对于大气扰动中的低频扰动消除具有良好的校正效果。
成像系统 精密光测 镜头系统设计 镜面反射标定 大气扰动 光学学报
2019, 39(12): 1211002
采取将变倍组、补偿组、后固定组分开进行联动的方式对传统光学补偿连续变焦中波红外光学系统进行改进,获得了超长焦距、超大视场、大变倍比、小型化的光学系统。推导了其数学模型,基于该模型采用640×512制冷型中波探测器,设计了焦距为11.56~982.6 mm、变倍比为85×的连续变焦光学系统,该光学系统的应用波段为3.6~4.9 μm,F数为5.5,冷屏效率为100%。设计结果显示,该光学系统的外形尺寸为333.5 mm×125 mm(局部直径为177.5 mm)×80 mm(局部直径为180 mm),结构紧凑,变焦过程中变倍补偿曲线平滑、像面稳定。从点列图、光学传递函数、畸变等方面对该光学系统的像质进行评价,结果表明,其像质优良,分辨率高,可满足热像仪整机使用要求。
几何光学 透镜系统设计 连续变焦 三组联动 中波红外光学系统 激光与光电子学进展
2019, 56(19): 190801
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
高分辨率需求牵引极紫外光刻(EUVL)投影物镜向高数值孔径(NA)、自由曲面设计形式发展。传统的非球面EUVL物镜设计难以在高数值孔径下兼顾校正像差的需求, 往往造成遮拦, 破坏成像对比度。提出了一种高NA无遮拦自由曲面EUVL物镜设计方法。依据物镜形态参数判别引入自由曲面的最佳位置, 能够有效校正系统像差, 在不影响成像性能的情况下增大系统NA。应用该方法设计了一套高NA自由曲面EUVL投影物镜(PO)。与初始非球面物镜相比, 通过增加四面自由曲面, 将物镜数值孔径从0.3增大至0.35, 波像差均方根(RMS)值从1 nm减小至0.4 nm, 整个系统光路无遮拦。设计结果表明: 该方法有效提高了自由曲面EUVL物镜设计效率, 在不产生遮拦的情况下, 不但增大了系统NA且减小了系统波像差, 提高了物镜整体性能。
物镜系统设计 几何光学设计 自由曲面 极紫外 lens system design geometric optical design freeform surface extreme ultraviolet 红外与激光工程
2019, 48(8): 0814002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室， 上海 201800
2 中国科学院大学， 北京 100049
3 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所， 上海 201800
为适应高功率激光系统的紧凑空间需求，将基于二阶鬼像的远近光场耦合方案应用于高功率激光准直技术中，设计并搭建出灵敏的小型准直光学系统。提出完备的测试方案，验证了该方案的可行性，获得近场测量灵敏度为7.04 μm/pixel，远场测量灵敏度为18.14 (″)/pixel，并得到远场变化对近场的影响关系，用以优化光束校准。相比于传统远、近场分离的准直系统，该方案在满足成像质量和分辨率要求的同时，大幅缩减了光路和器件数量，远、近光场相互影响和校准的反馈处理更便捷。
激光光学 光场耦合 透镜系统设计 高功率激光 精密准直 鬼反射成像
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 Beijing NED+ Ltd., Beijing 100081, China
Myopia has become a noteworthy issue due to the increasing use of our eyes. We propose a continuous power variation vision-training device based on Alvarez lenses with the power ranging from 10 D to +2 D. First, we introduce the principle of Alvarez lenses and the evaluation method of dioptric power and astigmatism. Then, we optimize the optical system described by Zernike polynomials. Finally, we analyze the distributions of dioptric power and astigmatism with the overall surface analysis and fields of view (FOVs) analysis. The results show that the optical performance of an optimized system can meet the requirement within a 40° FOV.
220.3620 Lens system design 220.1250 Aspherics 330.7333 Visual optics, refractive anomolies Chinese Optics Letters
2018, 16(7): 072201
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
A 360° light field 3D display system is presented, which consists of a liquid crystal display, a novel triplet lenses array, and a holographic functional screen (HFS). The mapping relationship among pixels, 3D objects, and viewing positions are investigated. The aberration analysis of the single lens is carried out both in the simulation and the experiment, which shows that it cannot provide an excellent 3D image to the viewers. In order to suppress the aberrations, “the primary aberration theory” and “the damped least-squares method” are used for optical analysis and lens design. A 3D image with aberration correction can be viewed around the proposed display system.
120.2040 Displays 080.3620 Lens system design Chinese Optics Letters
2017, 15(12): 121201
1 School of Optoelectronic, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 School of Physics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Frontiers of Optoelectronics
2016, 9(4): 599–608
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京 100049
近年来, 大口径、大非球面度、快焦比、高次非球面光学元件在天文光学、空间光学和地基空间目标探测与识别等领域得到了越来越广泛的应用。目前对此类光学元件的检测一般采用零位补偿法或消回程误差的非零位检测法。其中消回程误差的非零位补偿法处理过程复杂, 缺乏检测直观性, 且测量精度无法保证, 故在针对一些面形精度要求非常高的镜面时并不适用。以口径为1020 mm、焦比为1/0.5、非球面度为1.8 mm、高次项达6次的凹高次非球面反射镜检测为研究基础, 提出了分阶段设计零位补偿检验光路的新思路, 以满足此类镜面在粗抛、精抛、干涉仪检测等不同研制与检验阶段的需求。最终检测面形精度达到了λ/50。
光学设计 大口径非球面检测 非球面研制 零位补偿器设计 组合检验 激光与光电子学进展
2016, 53(12): 122201
College of Optical Sciences, University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA
Frontiers of Optoelectronics
2014, 7(4): 425–436
