1 莆田学院 机电与信息工程学院, 福建 莆田 351100
2 福建省激光精密加工工程技术研究中心, 福建 莆田 351100
太赫兹波具有高穿透性、低能性及指纹谱性等特征，被广泛应用于探测领域，因此，设计太赫兹波成像光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景。首先，以四块透镜构成的天塞物镜为参考结构，应用近轴光学系统像差理论构建系统像差平衡方程，给出了系统初始结构参数求解函数和方法，再结合光学设计软件进一步校正系统像差，最终设计了一种用于太赫兹波探测的大孔径光学成像系统。该光学系统由4块同轴折射透镜构成，焦距为70 mm，F数为1.4，全视场角为8°，在奈奎斯特频率10 lp/mm处全视场角范围内的调制传递函数（MTF）值均大于0.32，各视场内的弥散斑均方根（RMS）半径均小于艾里斑半径。最后对系统各种公差进行分析和讨论。设计结果表明，本文设计的太赫兹波探测光学成像系统具有孔径大、结构简单且紧凑、成像质量较好且加工性易于实现等特点，满足设计要求，它在太赫兹波段高分辨率探测领域具有重要应用价值。
光学系统设计 太赫兹波 大孔径 像差平衡 公差分析 optical system design terahertz wave large aperture aberration balance tolerance analysis
为了实现大像面、小投射比、高清画面要求，设计了一款折反式超短焦投影镜头。根据性能指标要求选择了反远距系统，采用缩放法获得初始结构，由出瞳位置不同视场光线与像面的高度关系，计算获得了反射镜坐标数据，拟合得到反射镜面型。采用点列图、场曲/畸变和调制传递函数(ModulationTransferFunction，MTF)曲线对像质进行了评价。最终获得了焦距为 5.45mm，投射比为 0.4的物方远心系统，在投影距离 720mm时可投射 80inch画面，清晰度为 1080p，视场角为 136°，放大倍率约为 125倍，系统点列图均方根(RootMean Square，RMS)半径小于 750μm，畸变小于 0.2%，相对照度在 96%以上，其 MTF曲线幅值在 0.54lp/mm时均大于 0.3。公差分析表明，系统设计合理，成像质量良好。相较于其他折反式超短焦投影镜头，该系统在保证成像质量的同时折射部分未使用非球面，有效降低了加工和装配难度。
超短焦投影 光学设计 折反式成像 非球面反射镜 公差分析 ultrashort focal projection optical design catadioptric imaging aspheric mirror tolerance analysis
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
日盲紫外光学探测器可以精准的接收到电晕放电产生的紫外辐射。利用Zemax软件设计了一款定焦日盲紫外光学系统，该系统由五片球面透镜构成，工作波段240 ~280 nm，匹配靶面直径18 mm的紫外像增强器，F数为2.5，焦距为50 mm，视场角为20.4°，光学总长为72 mm。调制传递函数在空间频率20 lp/mm处全视场均大于0.8，最大畸变小于0.5％。分析了系统在−20 ~60 ℃的离焦现象，计算了各温度下的热离焦量，采用被动式机械补偿的方法校正了由温度变化产生的热差。最后，通过蒙特卡洛分析模拟，对系统给出了合理的公差分配，分析结果表示系统加工装配后仍具有较好的成像质量。
日盲紫外 光学设计 Zemax 公差分析 solar blind optical design Zemax tolerance analysis
中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
在电子产业、航空航天、医药、汽车、微机电器件等领域，精密微孔是器件、功能部件上的重要结构单元。当前超短脉冲激光精密微孔制备缺乏高稳定、体积小、低成本的旋切加工系统。针对一百到几百微米尺寸的精密微孔加工需求，设计了一种基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统，并对系统的反射像和公差进行了分析。通过采用摄远结构设计和对称设计，大幅缩短了系统镜头总长，设计结果为加工孔径范围100~400 μm，最大加工深径比10∶1。搭建了基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统，对制孔效果进行了实验验证，制孔结果显示，基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统能实现高精度的微孔制备。
超短脉冲激光 旋切制孔 微孔 镜头 摄远结构 公差分析 光学学报
2023, 43(14): 1422003
1 同济大学先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
2 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，上海 200092
为解决传统双波段红外成像系统构型复杂的问题，提出了一种将自由曲面棱镜引入双波段成像系统的一体式构型。基于设计中约束追迹光线角度的低灵敏度优化方法，实现了F数为1、焦距为20 mm、视场角为21.8°×16.4°的双波段（3.7~4.8 μm和8.0~12.0 μm）红外光学系统。在20 lp/mm空间频率处，系统中波红外波段和长波红外波段内所有视场的调制传递函数（MTF）分别高于0.79和0.67。经公差分析可知，该自由曲面棱镜的制造可采用单点车削机床实现。同时，完成了长波红外自由曲面棱镜的试制。
光学设计 自由曲面棱镜 红外双波段 公差分析
福建江夏学院电子信息科学学院数字福建物联网智能家居信息采集与处理实验室，福建 福州 350108
太赫兹（THz）波具有较高的透过性和时空分辨率等特性，在空间观测领域具有广阔的应用前景。对比于扫描成像，凝视成像具有成像性能高、速度快、结构简单等优点，而大视场成像是凝视型光学系统所必需的。因此，设计大视场凝视型THz光学系统具有重要的工程应用价值。采用反远距结构，利用Zemax设计了一款相对孔径为1、全视场角为60°的大视场THz光学成像系统。该系统采用4片式反远距共轴结构，由2片球面透镜和2片非球面透镜组成，同时透镜材料采用聚甲基戊烯（TPX）材料，整个系统具有结构紧凑、质量轻等优点。优化结果显示，各视场内的弥散斑均方根半径均小于艾里斑半径，在空间频率为12.5 lp/mm处全视场的调制传递函数（MTF）值高于0.3，表明该系统具有良好的成像质量。此外，公差分析结果表明，该系统具有较好的稳健性，加工工艺水准易于实现，符合设计要求。本设计对于THz空间大视场高分辨探测具有重要参考价值。
成像系统 光学设计 太赫兹 大视场 公差分析 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0611007
红外与激光工程
2022, 51(7): 20210524
基于人工智能目标识别，设计了一款分辨率高、视场角宽的近距离车载前视天塞型镜头。利用ZEMAX软件，通过控制场曲、畸变等几何像差进行参数优化设计，当设计的镜头像方空间数为3.4，焦距为6 mm，最大视场角为50°，景深为10 m时，得到空间频率107 lp/mm处的全视场调制传递函数均高于0.65，畸变小于0.305%，满足设计要求。最后对镜头的各项公差进行蒙特卡罗分析，结果表明，公差均在可加工范围内，适合常规生产加工和装配。
光学设计 车载镜头 调制传递函数 景深 公差分析 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1722001
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
拼接衍射望远镜的失调误差对光学系统的成像质量有重要影响,为此对拼接菲涅耳透镜的失调误差进行公差分析,推导基于瑞利准则的失调误差的理论计算公式,对包含口径为1.5 m的拼接主镜和消色差光路的光学系统进行公差分析。仿真结果表明,公差范围内的波前像差均满足瑞利判据与斯特列尔比,因此该公差分析可为衍射望远镜的装调和检测提供有效的理论指导。
测量 衍射望远镜 失调误差 瑞利判据 波前像差 公差分析
