1 长春电子科技学院，吉林 长春 130012
2 中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062
根据CCTV（closed circuit television）镜头的使用需求，以“非相似”成像原理为基础，设计了一款双波段CCTV鱼眼镜头。系统工作波段480 nm～850 nm，可见光和近红外光双波段成像，可实现昼夜监控。镜头F数1.8、视场角1800、焦距1 mm、光学总长7.76 mm，具有大相对孔径、大视场角、小型化等特征。采用7组9片式反远距结构，无特殊玻璃、无非球面，大大降低了系统复杂化程度和加工制造成本。利用光学设计软件Zemax对其进行光学系统设计，选取1/3英寸CCD作为探测器，在奈奎斯特频率120 lp/mm时，其各个视场的子午调制传递函数曲线和弧矢调制传递函数曲线值均达到0.5以上，接近衍射极限，成像质量很好。全视场场曲均小于1 mm，相对畸变小于25%，相对照度在95%左右，满足CCTV镜头的使用要求，可广泛用于监控侦察等领域。
光学设计 CCTV镜头 双波段 大视场 大相对孔径 optical design CCTV lens dual band large field of view large relative aperture
1 长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
2 中国中车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 130062
在对目前水下成像系统现状进行调研后, 分析了影响水下成像距离和成像质量的主要因素, 即后向散射。突破了传统水下成像系统分视场、多探测器的成像方式, 利用光学设计软件Zemax设计了一款大相对孔径、大视场的水下成像光学系统。系统只采用一个光电探测器, 波长486 nm~656 nm, 相对孔径1/1.8, 视场角120°, 采用9片透镜, 无非球面, 简化了透镜加工过程及成本。中心视场的艾里斑尺寸3 μm , 在奈奎斯特频率60 lp/mm, 时, 各视场的调制传递函数曲线均高于0.7。同时, 对大视场系统产生的高畸变进行校正, 畸变小于5%, 成像质量很好。此系统可广泛应用于水下探测、海洋开发、海底资源勘探、水下反恐等领域。
光学设计 水下成像 后向散射 大相对孔径 大视场角 optical design underwater imaging backward scattering large relative aperture large FOV angle
1 长春理工大学 光电信息学院， 吉林 长春 130012
2 中车长春轨道客车股份有限公司， 吉林 长春 130062
设计了一套基于谐衍射的液体透镜变焦系统。系统对可见光波段成像，视场角2ω为150°，焦距f′为20~120mm，可实现6X变焦。采用两片液体透镜，利用电润湿原理，无需改变透镜间距，只需调整施加于之上的电压即可实现变焦，同时引入一个谐衍射面来校正大视场所引入的色差。系统的调制传递函数曲线在奈奎斯特频率60lp/mm时，短焦高于0.7，长焦高于0.6，成像质量很好。系统的设计既保证了成像的高清晰度，又减小了系统体积，可广泛应用于内窥镜和智能手机等微型变焦系统领域。
光学设计 电润湿原理 液体透镜 谐衍射 大视场 变焦光学系统 optical design principle of electric wetting liquid lens harmonic diffraction wide field zoom optical system
1 长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
2 中国中车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 130062
3 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
设计了一种改进型激光三角测头, 在传统直射式激光三角测距方法的基础上, 提出了一种新型单透镜设计理念。以普通直射式激光三角法为基础, 对该光路进行改进, 在光学系统中使用一个分束镜来取代传统激光三角测头的聚焦透镜和成像透镜, 令其与聚光透镜和光电探测器共轴, 使系统的结构更加紧凑, 并推导了满足该结构的Scheimpflug条件。同时利用Zemax光学设计软件仿真光学系统, 系统入瞳直径4 mm, 焦距20 mm, 总长20.5 mm, 满足测量系统的小型化。当与合适的光源和探测器配合使用时, 能够在保证较高测量精度的前提下获得更大的工作范围, 提高测量系统的环境适应性, 可广泛应用于工业实时在线检测以及**领域。
激光三角法 Scheimpflug条件 小型化 分束镜 laser triangulation Scheimpflug condition miniaturization beam splitter 红外与激光工程
2018, 47(10): 1018002
1 长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
2 中国中车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 130062
3 长春工业大学, 吉林 长春 130012
设计了一套CCD航空相机动态分辨率检测系统, 系统入瞳直径D=200 mm, 焦距f′=2 000 mm, 视场角2ω=5°, 利用光学设计软件Zemax进行仿真, 设计结果表明, 在奈奎斯特频率为40 lp/mm的情况下, 调制传递函数曲线值均高于0.5。采用波差法校正由长焦距所引入的二级光谱, 同时, 引入分辨率尺的概念, 将每一块单独的分辨率板采用拼接的方式制作成300 mm×24 mm的分辨率尺, 令分辨率尺在电机的带动下作匀速直线运动来模拟动态目标。该测试系统的设计能够在模拟飞机飞行的状态下, 对其动态分辨率进行检测, 检测精度1″,可广泛用于测绘、**侦察和航空航天等领域。
CCD航空相机 动态分辨率 分辨率尺 二级光谱 光学系统 CCD aerial camera dynamic resolution resolution ruler secondary spectrum optical system
1 长春理工大学 光电信息学院, 长春 13002
2 中国中车长春轨道客车股份有限公司, 长春 130062
3 长春理工大学 光电信息学院, 长春 130022
在传统直射式激光三角测距方法的基础上, 设计了一种基于位置敏感探测器的单透镜激光三角测头.引入一枚分束镜, 将聚焦透镜和成像透镜合并为一枚.在空间布局上, 令分束镜、探测器、聚光透镜三者共轴, 使系统的结构更加紧凑, 并推导了满足该结构的Scheimpflug条件.利用Zemax光学设计软件仿真光学系统, 系统焦距20 mm, 入瞳直径4 mm, 总长20.5 mm, 可实现测量系统的小型化.同时, 对位置敏感探测器进行非线性校正以及相关信号处理, 保证在较高测量精度的前提下获得更大的工作范围, 并提高系统对测量环境适应性, 可广泛应用于工业实时在线检测等领域.
光学设计 激光三角法 Scheimpflug条件 单透镜 小型化 位置敏感探测器 Optical design Laser triangulation Scheimpflug condition Single lens Miniaturization Position sensitive detector
1 长春理工大学 光电信息学院，吉林 长春 130012
2 中国中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062
设计了一套焦距f′=8 mm~2 400 mm的超高倍变焦光学系统，对可见光波段成像。采用多组元全动型变焦结构，在实现高变倍比的前提下不增加系统尺寸；在普通衍射透镜的基础上，分析了谐衍射元件的成像特性及色散，减小长焦距所引入的色差和二级光谱；给出了新型非球面方程及特性，解决了普通非球面方程项数选取复杂的问题。在上述理论基础上，利用Zemax光学设计软件对系统进行仿真，引入4个谐衍射面和4个新型非球面。设计结果表明，在奈奎斯特频率50 lp/mm时，调制传递函数曲线均在0.5以上，成像质量较好，可广泛应用于**、航天等领域。
变焦光学系统 超高变倍比 谐衍射 新型非球面 光学设计 zoom optical system ultra high variable ratio harmonic diffraction new aspheric surface optical design
1 长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
2 中国中车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 130000
针对位置敏感探测器(PSD)固有的非线性, 提出一种基于BP优化算法的PSD非线性校正方法。以传统的牛顿算法为基础, 推导了Levenberg-Marquardt算法, 即BP优化算法的相关原理。采用Matlab软件编程,网络采用具有2个中间隐层的结构形式, 2个隐层使用的神经元数分别为40和30,最大训练次数取500次, 利用sim函数计算并仿真网络输出, 网络输出误差均在0.001 mm之内, 其中最大误差不超过0.003 mm, 实现了对PSD非线性的校正。
PSD非线性 神经网络 BP优化算法 PSD nonlinear neural networks BP optimization algorithm
1 长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
2 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
3 中国北车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 100083
针对空间三维坐标的测量需求, 设计了3D激光雷达光学系统。系统采用发射/接收共光路的结构形式, 以高斯光学为理论基础, 采用Zemax光学设计软件进行仿真。该结构形式不仅提高了系统同轴度、减小外部干扰, 而且简化了系统结构、缩小仪器体积。系统采用扩束准直结构, 实现8倍扩束比。通过微小的调焦, 调整发射光学系统的第一片和第二片透镜之间距离在28.203～14.671 mm之间变化时, 实现了2～18 m的测量范围内, 测距精度0.02 mm+10 μm/m。
激光雷达 扩束准直 高斯光学 发射/接收共光路 laser radar expanded beam collimation Gaussian optics transmit/receive common path 红外与激光工程
2016, 45(6): 0618004
