西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室,陕西省光信息技术重点实验室,陕西 西安 710129
基于ARTCAM-407UV-WOM型紫外探测器,结合光学系统成像性能要求和光学元件成像特性,提出一种基于Qcon非球面和衍射表面的日盲紫外折衍混合变焦光学系统设计方法。所设计的系统仅由5块透镜组成,采用氟化钙和熔融石英两种材料,工作波段为0.24~0.27 μm,连续变焦范围为40~100 mm。分析结果显示,该系统在整个变焦范围内,奈奎斯特空间频率在11 lp/mm处的调制传递函数值均高于0.7,全视场畸变小于0.06%,表明该设计方法能够满足日盲紫外连续变焦系统结构简单、体积小、像质优良、像面稳定等设计和刑侦检测使用要求,对此类光学系统的设计具有一定借鉴意义。
光学设计 混合光学系统 Q型非球面 日盲紫外光 变焦光学系统
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医用光学室,江苏 苏州 215163
3 济南国科医工科技发展有限公司,山东 济南 250102
为满足目前生物医学活体成像研究领域对多波段荧光成像的迫切需求,提出并设计了一种可见光(486~656 nm)、近红外(900~1700 nm)双波段长后工作距有限远变焦光学系统。针对双波段、长后工作距变焦系统带来的色差变化范围大、组分光焦度选择受限等技术难题,通过理论分析,选择了适合该双波段系统的变焦结构,计算得到了系统4组变焦结构的初始光焦度,并利用理想近轴面验证变焦方案初始结构的可行性,在此基础上对系统每一组元进行独立像差设计,共光路部分兼顾双波段像差进行优化,后组采用分光棱镜对两个波段分光,并针对双波段设计不同的后固定组以校正系统残余像差,同时实现长后工作距下的双波段成像。系统公差特性良好,变焦曲线平滑无拐点,变倍过程中像面稳定,成像质量良好。
几何光学设计 变焦光学系统 双波段成像 近红外二区 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2122004
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220607
福建师范大学 光电与信息工程学院 医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建省光子技术重点实验室,福建 福州 350007
变焦光学系统不仅适用于照相、监控以及显微等日常生活中,还被广泛应用于航空航天及**建设等领域。随着应用范围的扩大,对其性能指标的要求也越来越多,该文设计了一款15 mm ~300 mm的宽光谱四组元连续变焦光学系统。该系统采用正组补偿结构实现了20×的光学变焦,工作在450 nm~900 nm光谱范围,工作温度范围为?40 ℃~60 ℃;采用了18片球面玻璃镜片,总长160 mm,最大口径66 mm,长焦F数优于5,系统结构紧凑,满足小型化要求。系统在可见光波段,中心视场的调制传递函数(modulation transfer function, MTF)>0.4@145 lp/mm,全视场MTF>0.2@145 lp/mm;在近红外波段,中心视场MTF>0.45@60 lp/mm,全视场MTF>0.2@60 lp/mm。从设计结果可以看出,该设计满足高性能指标要求,对于宽光谱、大变倍比、小型化的变焦光学系统设计具有一定的参考意义。
变焦光学系统 宽光谱 大变倍比 小型化 光学无热化 zoom optical system wide spectrum large zoom ratio miniaturization optical athermalization
光学 精密工程
2022, 30(11): 1263
1 中国科学院 光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
为实现对望远镜系统中光学元件表面缺陷在线检测, 介绍了一种用于光学元件表面缺陷检测的变焦距成像光学系统, 采用机械变焦形式实现变焦功能。根据望远镜系统技术要求计算出变焦距系统的关键参数, 通过Zemax软件设计并优化得到最终结果, 整个变焦系统的设计实现了90 mm~540 mm的6倍变焦, 在变焦过程中F数和像面位置保持不变, 变焦系统总长为553.1 mm。从调制传递函数(MTF)、点列图2个方面分析了系统的成像质量, 系统在各焦距处的MTF值在100 lp/mm处均大于0.3, 物方分辨率优于0.055 mm, 在不同焦距处弥散斑半径均方根值均控制在艾里斑半径范围内。最后对系统环境适应性进行了分析, 讨论了工作温度范围为-10℃~40℃时对系统成像质量的影响, 并给出了温度补偿方案。实验结果表明, 补偿后的系统成像质量良好, 满足实际需求。
光学元件 在线检测 变焦距光学系统 环境适应性分析 optical element online detection zoom optical system environmental adaptability analysis
中国北方车辆研究所 信息与控制技术部, 北京 100072
变焦光学系统在连续变焦过程中, 由于变焦曲线的计算和加工精度, 导致实际像面离焦, 成像质量下降。变焦系统的特点是长焦距对应窄视场, 短焦距对应宽视场。将波前编码技术应用于变焦系统, 在系统的光瞳面设置相位掩模,则扩展了原系统的焦深和景深, 使调制传递函数对离焦不敏感, 同时提高短焦距宽视场的边缘成像质量。文章对原系统和应用波前编码技术的新系统的成像特性进行了分析和对比,随后讨论了掩模板的相位因子对系统的景深、焦深延拓以及对像质的稳定作用。仿真显示: 变焦波前编码光学系统对离焦不敏感, 可以很好地扩大系统的焦深和景深、稳定边缘视场的像质, 具有很高的实用价值。
景深延拓 变焦光学系统 焦深 调制传递函数 点扩散函数 extension of depth of field zoom optical system depth of focus modulation transfer function point spread function
1 长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
2 中车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 130062
设计了一套基于谐衍射的液体透镜变焦系统。系统对可见光波段成像,视场角2ω为150°,焦距f′为20~120mm,可实现6X变焦。采用两片液体透镜,利用电润湿原理,无需改变透镜间距,只需调整施加于之上的电压即可实现变焦,同时引入一个谐衍射面来校正大视场所引入的色差。系统的调制传递函数曲线在奈奎斯特频率60lp/mm时,短焦高于0.7,长焦高于0.6,成像质量很好。系统的设计既保证了成像的高清晰度,又减小了系统体积,可广泛应用于内窥镜和智能手机等微型变焦系统领域。
光学设计 电润湿原理 液体透镜 谐衍射 大视场 变焦光学系统 optical design principle of electric wetting liquid lens harmonic diffraction wide field zoom optical system