1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
2 西安工业大学兵器科学与技术学院,陕西 西安 710021
基于非近轴光线追迹算法对光楔扫描系统的正向问题进行求解,得到不同速度比下的花瓣形扫描轨迹。根据光楔转速和取样间隔计算轨迹点数,根据轨迹点与坐标原点的距离曲线的极小值点个数计算花瓣数,进而建立由速度比计算花瓣数的关系式。通过轨迹点数和花瓣数评估不同速度比对应的扫描轨迹的扫描时间和覆盖率,总结扫描轨迹与速度比之间的规律,提出三光楔扫描系统获取规则、对称且不存在大片扫描盲区的扫描轨迹时速度比需要满足的条件。所得规律和结论可在光楔扫描系统的应用中合理确定速度比,从而选取满足扫描效率要求的扫描轨迹。
光学设计 光楔 非近轴光线追迹 花瓣形扫描轨迹 速度比
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法,通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体,从而降低前端光学系统的成像质量要求,并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像后处理等关键环节的模型建立与联合优化。该设计方案可用于景深延展的轻薄型衍射元件的设计,且所适用的大景深的简单光学系统具有较高的成像质量。
成像系统 端到端 景深延展 图像复原 衍射元件
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
2 电磁空间安全全国重点实验室,天津 300308
为了提高激光周向探测中出射光场的均匀度,增加其有效作用区域,本文提出了一种采用圆锥型视场的前倾探测方案。基于六象限分区的布局方式,该系统利用非球面透镜对激光二极管的输出光束在子午和弧矢两个方向同时进行准直,通过鲍威尔棱镜实现弧矢方向扩束匀光,采用偏转棱镜保证光束前倾角为60°,并借助弧矢方向上的柱面镜进行完整的圆锥型视场拼接。在不同距离处的模拟仿真结果表明,系统在子午方向上出射视场角为±0.75°,在弧矢方向上可以覆盖360°视场完成周向探测。系统出射光场在四个目标平面上的照度均匀度均大于90%,能量利用率可达98%以上。该系统结构紧凑,整体仅由三片透镜构成,实现了一体化设计,为激光周向探测系统中的光学设计提供了参考。
周向探测 六象限分区 激光 前倾探测 圆锥型视场 光学学报
2023, 43(23): 2312003
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
2 天津津航技术物理研究所,天津 300308
以层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差为研究目标,基于非旋转对称光学系统的矢量波像差理论,建立了层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态波像差理论模型,提出一种可用于系统波像差计算的适用性方法。同时,将动态波像差模型应用于两片式微透镜阵列扫描结构的像差分析中,分析了多扫描视场下的初级波像差以及均方根(RMS)波前差,并计算了不同扫描视场下的初级波像差值在光学表面上的分布。所得研究结果对层叠微透镜阵列扫描成像系统的设计优化与装调实验具有理论指导和工程化意义。
成像系统 红外成像 微透镜阵列 扫描系统 动态波像差 矢量像差理论 光学学报
2023, 43(19): 1911002
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
2 上海航天控制技术研究所先进光电中心,上海 201100
为提高导引结构的特征分辨能力和全天候工作能力,提出一种长波红外与激光共孔径的双模导引光学系统设计方案,利用被动红外模块搜索目标,通过主动激光雷达模块锁定目标并精确制导。为解决导引头内光学系统尺寸受限的问题,以Ritchey-Chretien结构为共用部分,通过次镜镀分光膜实现长波红外(8~12 μm)反射光路与激光(1.064 μm)透射光路的组合,并分析了不同光学遮拦情况对非相干成像系统调制传递函数衍射极限的影响。展示了F数为0.98、光学遮拦比为1/3的共孔径双模导引系统的实例,使用多片折射镜片实现对主、次镜残余像差的补偿,利用光学被动式消热差方法完成-40~60 ℃范围的长波红外无热化,具有良好的热稳定性和可加工性,可为双模导引光学系统的分析与设计提供参考。
光学设计 双模导引 长波红外光学系统 激光 共孔径结构 折反式系统 光学学报
2023, 43(12): 1222001
天津大学 精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
近年来,内窥镜广泛应用于复杂环境下小尺寸零件缺陷检测,该文设计一种用于航空发动机叶片检测的工业内窥镜光学系统。系统基本结构采用二次成像,物镜采用非对称反远距结构,将大视场光线收束进小口径腔体中,适配镜将物镜所成一次实像放大21倍,后接对角线长42 mm高速相机。系统基于Zemax设计软件进行系统优化、公差分析和像质评价,最终系统具有大视场(120°)、细孔径(3 mm)、耐高温(25 ℃~180 ℃)等特点。由于对视场、孔径和适配镜放大率有较高要求,因此合理引入非球面提高系统成像质量,入瞳直径提高至0.5 mm,系统空间截止频率在17 lp·mm?1处,全视场调制传递函数值均大于0.28,最大畸变值小于21.2 %。
光学设计 工业内窥镜 小口径 大视场 optical design industrial endoscope small caliber large field of view
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
2 海信视像科技股份有限公司,山东 青岛 266000
在液晶电视显示模组中,多层背光膜片与像素面板均存在周期性结构,组合使用时会产生明显的莫尔条纹,这会严重影响显示效果。建立液晶显示(LCD)模组中莫尔条纹的理论模型,并进行仿真分析,以探寻减弱或消除莫尔条纹的方法具有重要的工程意义。基于Zemax建立双层棱状膜片莫尔条纹模型,并加入眼睛观测模型,以模拟人眼对LCD屏幕中莫尔条纹的观测效果。然后,在MATLAB中构建背光膜片与像素面板的理论模型,通过改变背光膜片和面板的周期尺寸、偏转角度等参数,模拟计算出莫尔条纹的尺寸和角度等参数,并综合考虑人眼观测确定莫尔条纹在显示中的影响。
计量 莫尔条纹 液晶显示模组 棱状膜片 Zemax模拟 MATLAB仿真 光学学报
2022, 42(20): 2012004