红外与激光工程
2023, 52(5): 20220763
1 燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 秦皇岛视听机械研究所数字影像装备与数字视频技术秦皇岛重点实验室, 河北 秦皇岛 066000
为了找到更加精确的广角物镜系统像面相对照度计算方法，分析了现行像面照度公式成立条件的局限性，提出了基于孔径光阑约束模式的矢量光线追迹计算光通量的方法。通过矢量分析和推导，给出了孔径光阑约束的轴外视场光束在第一光学面上形成的照射区的特征点坐标及照射区面积表达式；依据朗伯体辐射条件和规律，从物镜系统物方着手，建立了两种共轭条件的物镜像面照度分析模型；针对具有物方大视场角特征的相似成像物镜系统和非相似成像物镜系统，分别推导出了像面照度及相对照度表达式；指出了光学设计过程中提高像面相对照度的基本策略。
几何光学 相对照度 空间光线 广角物镜 鱼眼物镜 孔径光阑 光学学报
2016, 36(11): 1108001
采用“非相似”成像原理, 利用Zemax光学软件设计了一款适用于160 cm(0.63英寸)3LCD数字投影机的球幕投影数字鱼眼镜头。镜头结构是一种反远距型光学结构, 由5组6片球面透镜组成, 具有结构简单、易加工等特点。镜头全视场角为180°, 焦距为3.28 mm, 相对孔径为1/1.9, 后工作距离为35.8 mm, 光学总长为196 mm。镜头具有较高的成像质量, 在50 lp/mm处, 各个视场的MTF值均大于0.4, 最大垂轴色差为4.5 μm, 全视场的F-theta畸变绝对值小于3%, 最大视场的像面相对照度达到96.27%。
光学设计 球幕投影 数字鱼眼镜头 相对照度 optical design dome-screen projector digital fish-eye lens relative illumination
秦皇岛视听机械研究所, 河北 秦皇岛 066000
为了解决现有超广角数字投影镜头存在的缺陷和不足, 并与不同类型和规格数字投影机的超广角投影匹配, 给出了8组9片式超广角数字通用型投影镜头的光学系统设计.镜头焦距为8.76 mm、全视场角达到97°、F数为2.12、后工作距离大于34 mm、最大口径小于96 mm、总长小于200 mm,结构中加入了1个偶次非球面, 较好地校正了轴外像差与畸变.用减少透镜数量和增大相对孔径的办法提高了像面照度；通过增大光阑慧差及减小像方半视场角, 提高了像面相对照度, 其值达97.46%以上.通过合理确定棱镜等效厚度及调整结构布局, 使结构适配光学引擎中棱镜的有效光学厚度为16.5~23 mm.设计的镜头分辨率达120 lp/mm、全视场相对畸变绝对值小于1.5%.结果表明: 该镜头可满足0.55in~ 0.76in 3LCD和1DLP类型的各种数字投影机的使用, 最小投射比可达0.53∶1, 投影画面偏移量最大达到389 mm, 结构简单, 体形小, 成本低, 成像质量好, 可批量化生产.
光学设计 超广角投影镜头 非球面 相对照度 光阑彗差 调制传递函数 分辨率 画面偏移量 Optical design Ultra wide-angle projection lens Aspheric Relative illumination Aperture coma Modulation transfer function Resolution Frame offset
1 中国人民解放军 91388部队, 湛江 524022
2 海军工程大学 兵器工程系, 武汉 430033
为了研究水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能, 以6个LED组成的圆形阵列光源为对象, 基于单个LED空气中照度分布模型推导出其相对照度分布数学模型; 以水下照度计为工具, 用点阵测量法研究其在水下的实际空间照度分布, 并分析了实验数据。结果表明, 该光源出射端口处光照度值随着加载信号的频率增加而增加, 光源的水下辐射照度整体分布不对称;当光信号传播到一定距离后, 在光接收平面上, 照度值各向趋于均匀分布。
光通信 阵列光源 相对照度 照度分布 optical communication array light source relative intensity of illumination illumination distribution
1 江南大学理学院，江苏无锡 214122
2 无锡市中兴光电子技术有限公司，江苏无锡 214028
设计了一款折叠式微型数码镜头。该镜头的 F数为 3，视场角为 52°，总长度为 6.67 mm。该系统具有良好的成像品质。子午和弧矢 MTF曲线在 0.73视场、空间频率为 285 lp/mm值大于 0.3，系统的畸变约为 -1.3%，该系统在最大视场处的相对照度约为 70%左右，横向色差在 0.9视场附近最大，约为 0.42 μm，小于单个像素的尺寸。
光学设计 调制传递函数 畸变 相对照度 横向色差 optical design MTF distortion relative illumination lateral color
设计了一款2.4倍变焦距的紧凑型数码镜头，焦距的变化范围是3~7.2 mm，视场的变化范围是62°~30°。该镜头是个3组结构，第1组是个固定组，2，3组是变倍组，共有4个透镜。该镜头组是一个典型的负正正（NPP）结构，第1组是一个负透镜，第2组是一个正透镜组，第3组是一个正透镜。其中，第2组包含两个透镜，这样有利于色差的控制。镜头中所有透镜的材料均为塑料材料。调制传递函数被用来评价变焦距系统的成像质量。变焦镜头的调制传递函数值在空间频率142 lp/mm，0.7视场处，均大于0.3。该镜头的总长度为10.7 mm。该镜头的像质可以很好地满足消费性电子产品的要求。
变焦镜头 调制传递函数 畸变 相对照度 激光与光电子学进展
2010, 47(11): 112201
1 中国科学院西安光学精密机械研究所所, 陕西 西安 710068
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
分析并指出了教科书及光学软件中光学系统照度公式的不恰当地方,推导出了更符合实际的光学系统照度公式。假设透镜系统为无源传输模式,通过对教课书中以及光学设计软件中的照度分布计算公式进行了推导分析,得出轴外视场相对轴上视场照度为cos4ω′关系。当像方视场角减小时,通过模拟得到了与实际相背的无源传输系统能量放大的结论。建立了以入瞳模式为参考的计算模型,对照度公式重新进行推算得到新的与实际相符的照度公式,得出像面照度分布取决的是物方视场角。通过仿真模拟,验证了像面上轴外视场的照度与对应物方视场角的cos4ω成正比。
光学设计 相对照度 入瞳 出瞳
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,杭州,310027
基于非成像光学的étendue量对液晶投影显示照明系统和投影物镜进行匹配,对液晶投影物镜的相对照度进行分析,根据étendue量计算照明系统液晶板照明面的发光强度分布,与根据朗伯体服从余弦分布的计算相对照度的算法进行比较,并对相对照度的Rimmer算法进行修正,分析和实验表明,修正算法得到的投影物镜相对照度计算更符合实际情况,对于投影物镜确定渐晕系数、校正像差有利.
投影物镜 相对照度 étendue量 projection lens Relative illumination étendue
