1 湖北工业大学 机械工程学院, 湖北 武汉 430068
2 现代制造质量工程湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430068
3 华中科技大学 机械科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
现有的光谱共焦显微镜色散物镜的量程大多在数毫米量级, 为满足工业测量领域对大量程线性色散物镜的需求, 文章从线性色散物镜设计原理出发, 采用高性价比环境友好型光学玻璃, 设计了一款仅由五片全球面镜片组成的超大量程线性色散物镜。设计结果表明, 该物镜在400~700nm波长范围内的轴向色散达到30.44mm, 且色散-波长线性度高于0.99, 具有优异的线性关系, 理论分辨率可以达到2.034μm。
光学设计 色散物镜 线性色散 光谱共焦 optical design dispersive objective linear dispersion chromatic confocal ZEMAX ZEMAX
长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
针对传统变焦腹腔镜调焦结构所需空间大、调焦精度难以保证等问题,提出了一种以液体透镜为核心元件参与变焦的腹腔镜光学系统,利用液体透镜代替机械变焦结构,实现了变焦功能。推导了液体透镜电压与焦距的关系方程,结合COMSOL软件设计并仿真了满足所需焦距范围的双液体透镜。用ZEMAX软件设计优化了腹腔镜液体透镜变焦光学系统,通过控制电压即可实现焦距5~15 mm范围内同一像面高清晰成像。在焦距15 mm时,全视场点列图均方根(RMS)半径为6.694 μm,在焦距5 mm时,全视场点列图RMS半径为4.596 μm,均小于7.4 μm的像元尺寸。系统调制传递函数(MTF)在68 lp/mm处均大于0.5,4个组态(焦距分别为5、7.2、10.4、15 mm)畸变分别为7.047%、1.961%、0.732%、0.295%,满足腹腔镜对光学系统畸变的要求。
光学设计 变焦系统 液体透镜 腹腔镜 COMSOL ZEMAX 中国激光
2023, 50(21): 2107204
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
1 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
2 杭州东城科技有限公司, 杭州 311225
为了解决外鼓式热敏计算机直接制版(CTP)设备的制版镜头因畸变、场曲过大而导致制版质量不良问题, 采用ZEMAX光学仿真软件, 设计了一款低畸变、低场曲的制版镜头光学系统, 并对其进行了公差分析和实验验证。结果表明,该光学系统由6片透镜组成, 工作波长为830 nm, 场曲小于1 μm, 畸变小于0.1%, 调制传递函数在全视场200 lp/mm处大于0.7, 并且镜片都采用标准球面设计, 制版效果良好。该系统能够满足实际制版生产需求, 具有一定的市场前景。
光学设计 计算机直接制版 ZEMAX软件 误差分析 optical design computer to plate ZEMAX software error analysis
1 广东工业大学省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室,广东 广州 510006
2 香港理工大学超精密加工技术国家重点实验室,香港 999077
为了研究微透镜阵列成像质量的影响因素,针对慢刀伺服加工和紫外(UV)光固化工艺制备的微透镜阵列,引入微透镜阵列镜片的误差,建立基于Zemax光学软件的光学微透镜阵列成像仿真模型,分析透镜单元的高度、曲率半径、入瞳直径等误差对微透镜阵列成像质量的影响。搭建光学测试平台对评价微透镜阵列成像性能的光学参数进行检测,包括各透镜单元的焦斑大小、位置误差及其焦距值,并利用点扩散函数(PSF)曲线的半峰全宽值对光场成像结果进行成像质量评价,测量得到微透镜阵列的焦距标准误差为0.12 mm。将测量结果与仿真结果相比,可得PSF曲线的半峰全宽值误差在12%左右,证明了仿真模型的准确性。利用仿真和实验的方法建立了微透镜阵列镜片误差与其光学成像质量之间的关系,这可为基于功能实现的光学微透镜阵列的超精密加工工艺提供理论基础和指导。
成像系统 微透镜阵列 Zemax 成像质量 光学性能
1 华中科技大学 光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
3 华中科技大学 鄂州工业技术研究院, 湖北 鄂州 436044
为了降低光学气体浓度传感器的制造成本, 利用 Zemax 光学设计软件设计并优化了一种适用于热光源的米级光程红外气体吸收池结构。结构由两个准直、聚焦光线的抛物面反射镜和五个用于增加光程的平面镜构成。仿真结果表明, 气体吸收池由于几何结构导致的光功率损耗仅为1%, 其光程达到了1049.75mm, 对比传统透镜结构的气体吸收池, 此结构具有体积小、光程长、损耗率低以及拓展性强等特点, 可应用于构建低成本、亚PPM级红外气体传感器。
光学设计 气体吸收池 反射式结构 气体浓度检测 optical design gas absorption cavity Zemax Zemax reflective structure gas concentration detection
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
1 长春电子科技学院, 长春 130000
2 长春理工大学, 长春 130000
设计了一种相位板, 用来拓展初始光学结构的景深。对于波前编码光学成像系统的设计提出了几个需要考虑的事项及设计需求, 并根据这些事项结合选定的基本参数, 利用Zemax设计了一个光学系统的初始结构并优化。该初始结构是一个物距为4 m、F数为3、有效焦距为50 mm的像质良好的成像物镜。添加选择的三次相位板, 其面型为扩展多项式。通过设置复杂的评价函数, 将相位板的三次项系数作为变量, 然后将相位板优化, 得到其参数。最后通过传统光学系统和添加相位板的光学系统的各种数值对比, 分析得出该设计的景深能够实现从4 m拓展到2.5 m至8 m。
光学成像系统 波前编码 相位板设计 优化 optical imaging system wavefront coding phase plate design Zemax Zemax optimization