1 中国人民解放军 32181部队，陕西 西安 710032
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
3 河北工业大学 人工智能与数据科学学院，天津 300131
4 郑州科技学院，河南 郑州 450064
基于CMOS器件的低照度夜视装备隐蔽性好，成本较红外热像装备低，是拓展人眼低照度条件下视觉感知的重要手段，在**和民用领域都有广泛应用。为满足夜间低照度天候条件下装备维修保障需求，设计了一款大视场低照度夜视头戴目镜光学系统。通过选择合适的光学玻璃材料，在可见/近红外波段均有很好的光谱响应。设计完成的大相对孔径目镜视场角为74.46°，焦距为46 mm，F数为1.2，畸变小于?7.14 %，系统总长小于80 mm，且镜头总质量小于100 g。该目镜在486 nm~950 nm光谱范围内能够满足夜间无照明条件下的维修、训练和场景观察，为低照度夜视头戴系统光学模组研制提供了新的技术手段。
光学系统 夜视头戴 目镜设计 大相对孔径 optical system night vision headwear eyepiece design large relative aperture
盐城师范学院物理与电子工程学院，江苏盐城224007
基于Erfle透镜结构，设计了可用于头盔显示系统的传统折射式目镜。在此基础上添加了衍射面，设计出了折衍射目镜。这两种系统的基本结构参数相同，出瞳距为27 mm，出瞳直径为8 mm。与传统折射式结构相比，折衍射目镜的总长度减小了11%，重量减轻了约23%，畸变减小了59.45%。考虑到衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率对系统调制传递函数（Modulation Transfer Function, MTF）的影响，在40 lp/mm空间频率处，折衍射头盔目镜轴上视场的MTF值和最小MTF值分别高于0.68和0.28，满足设计要求。该系统可以应用于虚拟现实的头盔显示系统。
光学设计 目镜 头盔显示器 optical design eyepiece helmet display
School of Physics and Electronics Engineering, Yancheng Teachers University, Yancheng Jiangsu 224007, CHN
为了满足目镜轻小的功能需求，优化设计了三种不同结构的长出瞳距目镜。三种目镜的系统参数相同，在出瞳直径为7 mm的前提下实现了40 mm的出瞳距，焦距为26 mm，视场为32 °。首先，设计了由折射球面构成的纯折射式目镜，由五片透镜组成。其次，添加一个非球面优化设计得到了含有非球面的折射式目镜，由四片透镜组成。最后，添加一个衍射元件优化设计得到了折衍射目镜，由三片透镜组成。结果表明：在40 lp/mm频率处，含有非球面的折射式目镜的所有视场MTF都超过0.35，其中，0 °的中心视场MTF达到0.67；对比第一种纯折射式结构目镜，其长度减小了16.66%，重量减轻了35.88%，成像质量更好。折衍射目镜所有视场的MTF都高于0.40；对比第二种目镜，第三种目镜的长度减小了15.43%，重量减轻了37.40%，像质也得到改善。
目镜 光学设计 长出瞳距 eyepiece optical design long exit pupil distance
盐城师范学院新能源与电子工程学院, 江苏盐城 224007
针对工作在一定入射角度范围内的衍射光学元件, 提出了复合带宽积分平均衍射效率的计算公式。为了满足军用仪器上瞄准镜的光学性能需求, 设计了两个结构参数相同的 50 mm长出瞳距的目镜。目镜系统的焦距为 25 mm, 视场角为 30°, 出瞳直径为 8 mm。基于 Erfle目镜结构形式, 首先设计了一个传统折射式长出瞳距目镜。在此基础上, 引入单层衍射光学元件, 设计了一个折衍射混合式长出瞳距目镜。该混合目镜的畸变小于 7.77%, 在 40 lp/mm处, 中心视场的 MTF(调制传递函数)高于0.85, 最大视场的 MTF高于 0.2。系统中采用的单层衍射光学元件衍射面上的入射角度为 0°～30°, 对应的复合带宽积分平均衍射效率为 95.23%。对比折射式目镜, 折衍射混合目镜不仅成像质量得到改善, 而且总长减小了 22.87%, 重量减轻了 38.79%, 具有结构紧凑、重量轻等特点。
目镜 长出瞳距 光学设计 衍射效率 eyepiece, long exit pupil distance, optical design
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
在一些环境比较恶劣的情况下,需要密封使用的变倍望远镜,经常会将转像及变焦集成到目镜上,这样更有利于整体进行密封设计。因此设计了一种在可见光波段具有实像面转像变焦目镜的方案。通过对目镜初始结构的分析,高斯光学的计算,运用Zemax软件对选定结构进行优化设计,得到三组元4倍变焦目镜。目镜在变焦时入瞳的位置保持不变,出瞳位置的变化在3 mm之内。传递函数曲线、畸变和倍率色差均符合目视光学系统的设计要求。根据动态光学理论,用Matlab软件设计了凸轮曲线,使得变焦的过程中像面比较稳定,调焦平滑。虽然目镜结构略显复杂,但光学镜片均采用球面,降低了整体目镜的成本,而且便于加工装配。
光学设计 变焦目镜 三组元 凸轮曲线 激光与光电子学进展
2018, 55(3): 032201
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
全景成像在特种车辆内夜间驾驶与观察、警戒监视等应用中具有广泛的应用需求。本文提出了一种基于OLED微显示器和变形目镜的全景图像显示方法，并设计了一套全景显示实验系统，通过图像处理模块完成全景图像数据的存储、缓存、图像预处理和传输，以OLED微显示器的子像素作为显示像素进行驱动信号重编码，实现全景灰度图像的水平3倍压缩显示，最后利用变形目镜将OLED微显示器上显示的压缩图像复原，以供人眼正常观察。实验结果表明: 采用现有系统搭建的变形目镜基本实现了双像素靶标条纹的亚像素分辨，并验证了本文全景显示方案的可行性。
全景图像 OLED微显示器 压缩显示 变形目镜 panoramic image OLED micro-display compression display anamorphic eyepiece
1 南开大学现代光学研究所， 天津 300071
2 南开大学光学信息技术科学教育部重点实验室， 天津 300071
为提高静脉注射的成功率，设计了一款头戴静脉显示光学系统，该系统由红外成像系统与穿透型目镜式头戴显示器组成。近红外成像系统具有F/1.59的大数值孔径，利于弱红外散射光的收集成像，设计中采用了旋转对称的二次曲面设计，系统的质量是相应球面系统的77.8%。穿透型头戴显示器结构简单紧凑，采用了旋转对称的二次曲面设计，系统的质量是相应球面系统的55.6%。设计结果显示，近红外成像系统成像质量优异，分辨率可达扩展图形阵列(XGA)(1024 pixel×768 pixel)。穿透型目镜式头戴显示器具有10 mm的出瞳直径，50 mm的出瞳距离，0.068D的最大场曲(D为屈光度)，0.372%的最大相对畸变以及XGA(1024 pixel×768 pixel)的显示模式分辨率。双目光学系统的总质量为44 g。较之现有的静脉显示系统，本系统具有结构简单紧凑、数值孔径大、分辨率高、重量轻等特点。
成像系统 静脉显示 目镜式头戴显示器 二次曲面 激光与光电子学进展
2017, 54(7): 071103
为了满足军用瞄准镜使用中需要配备护眼罩和防毒面具等的要求，需要目镜光学系统的出瞳距离较长。分析了长出瞳距目镜的光学特性与像差特点，提出了正、正、负三镜组的结构型式。根据像差理论，采用解析法推导了光焦度分配公式。利用光学设计软件ZEMAX 设计了长出瞳距目镜，系统焦距为20 mm，出瞳直径为5 mm，视场角为40°，出瞳距离为40 mm，相对镜目距为2。设计结果表明，采用该方法设计的目镜在40 lp/mm 处各个视场的传递函数均在0.2 以上，满足目视光学仪器的使用要求。
光学设计 像差理论 目镜 出瞳距离 optical design aberration theory eyepiece exit pupil distance ZEMAX ZEMAX
