为提高星地激光通信地面接收端探测灵敏度和分辨能力，减少信标光捕获时间和难度，基于星地激光通信链路和设计方案，结合自适应光学（AO）技术，设计了一套500 mm口径的星地激光通信地面接收端系统。该系统采用库德光路、共口径分光探测形式，包含卡塞格林天线、倾斜镜精跟踪、AO超精跟踪、AO波前探测等4个单元。天线物镜组采用同轴卡塞格林结构，结合折射镜组构成开普勒望远结构，兼顾体积和长出瞳距的需求。在精跟踪倾斜镜和AO倾斜镜之间设计了4f系统，解决校正光轴时的瞳面漂移问题。在波前探测器和变形镜之间设计了双远心系统，构建两者共轭关系，降低波前探测的轴向误差影响。采用光学被动式方法对4个单元进行消热差设计，提高系统温度适应性。最终实验结果表明：在10 ℃~30 ℃范围内，各单元波像差均优于1/10λ（λ=632.8 nm），满足设计要求，具有一定借鉴价值和工程意义。

双远心镜头具有畸变低、景深大的优点，广泛应用于机器视觉工业的在线检测领域。现在提供一种三倍率双远心光路的设计方案，以半反半透镜为界，将远心镜头分为物镜与目镜两部分，通过更换目镜，在原有物镜系统上同时实现不同的光学倍率，可满足同时观察物体的整体与局部的需求。运用光学设计软件设计出一款三倍率、低畸变、高分辨率的双远心镜头。该镜头的工作距离为100 mm，物方视场分别为100 mm和25 mm，光学放大倍率分别为-0.11×，-0.24×和-0.44×，满足低畸变（最大畸变小于0.05%）与高分辨率（145 lp/mm处大于0.3）等要求。并以此对视场大小与光学系统设计的关系进行研究。

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。

针对使用点光源的激光干涉仪在测量中容易出现相干噪声的问题,阐述了环形光源抑制相干噪声的原理,分析了环形光源半径及厚度与条纹可见度之间的关系,提出一种基于环形透镜产生环形光源的光学系统。该系统包括扩束系统、环形透镜和双远心镜头,根据菲索干涉仪中的准直镜头和干涉腔长得到环形光源的目标参数。使用Zemax分别设计了环形光源系统中的三个子系统,并保证各部分光学系统之间良好衔接。其中：环形透镜由一个非球面透镜旋转而成;双远心镜头可以使环形光源直径缩小到合理范围,并确保最后环形光源上每个离轴点的出射光束都与光轴平行。最终设计出环半径为0.38 mm、厚度为12.5 μm的环形光源,在准直透镜焦距为900 mm、干涉腔长为100 mm的情况下,干涉条纹可见度的理论值大于0.98。

针对基于SMT技术生产的PCB板产品的三维缺陷检测问题, 设计了一款高分辨率、高远心度及低畸变的双光路双远心光学系统。它通过远心投影物镜经共光路物镜将DMD数字条纹均匀投影至待测物面, 同时经由共光路物镜和成像物镜收集物面反射条纹光至CMOS接收面。使用ZEMAX光学软件分别对三部分镜组进行优化设计, 分析了系统的像差和调制传递函数。设计结果表明: 共光路物镜部分采用长工作距离、大视场角及物方远心结构, 空间频率50lp/mm处, 各视场的MTF接近衍射极限; 投影光路畸变小于0.1%, 在投影面上全视场范围MTF在6lp/mm处大于0.8且条纹周期均匀; 成像光路畸变小于0.05%, 在全视场范围MTF在80lp/mm处大于0.3。仿真成像结果表明,在离焦量为+/-6mm时仍能达到景深范围内分辨率要求, 能有效提高3D AOI检测质量。且双光路双远心系统所用材料基本为普通玻璃且重复率较高, 利于加工和节省成本。

设计了由平行光源、双远心镜头、面阵CCD摄像机和待测物等部分组成的高精度线材测径仿真系统。考虑到实验系统是 为了模拟完成高速线材的拍摄测量,在线材轧制过程中其径向速度可以高达100 m/s,同时存在横向跳动的迹象, 所以在光学设计中采用具有固定放大倍率的远心镜头,确保当物距改变时光敏面上的图像大小不发生变化; 并且选用的面阵CCD最快曝光时间可以达到1 μs,从而可以得到实时反映被测物体尺寸的高清图像。 实验结果表明:使用该仿真系统测量出的工件直径精度可以达到20 μm,足以满足生产需要。

为满足机器视觉系统对可变倍双远心系统的需求,设计了一款可实现连续变倍的双远心镜头。该系统的放大倍率为-0.50×至-0.20×,物方视场可观测的直径范围为22~55 mm,可满足低畸变(各倍率段均小于 0.1%)、高分辨率(77.5 lp/mm处均大于 0.30)、高远心度(各倍率段均小于 0.1°)等设计要求,在使用过程中同时具有对物面、像面位移不敏感和可连续变倍检测的优点。重点介绍两种求解变倍凸轮曲线的方法,并进行相互验证,验证结果表明了凸轮曲线数据的准确性,这对变倍系统的后期生产加工具有重要作用。

提供了一种基于机器视觉的双视野双光路远心系统设计方案,以折射棱镜为分界,将远心系统分为物镜部分与目镜部分,通过增加或更换目镜,即可在原有系统中同时实现不同的光学放大率,提高了远心系统在不同场合的适用性。设计了一款具有双视野的双远心系统。该系统工作距离为130 mm,物方视场分别为40 mm与80 mm,搭配 ON Semiconductor公司生产的型号为SN5000A的成像芯片,光学放大倍率分别为-0.275与-0.1375,并且满足低畸变(各视场畸变均小于0.1%)、高分辨(105 lp/mm处大于0.3)、高远心度(小于0.1°)等设计要求。