1 上海理工大学健康科学与工程学院医学光学与视光学研究所，上海 200093
2 上海理工大学机械工程学院，上海 200093
3 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
4 上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心，上海 200093
渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布，是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法；针对渐进通道宽度过窄的问题，对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加，同时推导新的子午线光焦度分布函数以降低子午线光焦度变化率；仿真及加工了3片镜片。研究结果表明：采用累积分布函数能够设计出满足光学性能要求的渐进镜片；使用矢高叠加扩展了渐进通道的宽度，保持了像散梯度的平滑过渡，且将最大像散分布在镜片鼻翼两侧；新的子午线光焦度分布函数在拓宽渐进通道宽度下会存在像散梯度变化堆积问题，所以需要将光焦度分布和面型等因素结合考虑，并进行优化。本研究方法为渐进多焦点镜片的子午线光焦度优化设计提供了新的理论。
光学设计 子午线光焦度 加宽渐进通道 渐进多焦点镜片
1 苏州科技大学 物理科学与技术学院 江苏省微纳热流技术与 能源应用重点实验室，江苏 苏州 215009
2 苏州苏大明世光学股份有限公司 江苏省研究生工作站，江苏 苏州 215007
3 苏州明世光学科技有限公司，江苏 苏州 215007
4 苏州一光仪器有限公司，江苏 苏州 215006
介绍了渐进多焦点眼用镜片的结构。提出了一种双向拟合设计渐进多焦点眼用镜片子午线的方法，采用两条多项式曲线从镜片视远点和视近点双向拟合，获得满足设计要求的子午线。在此基础上，选择与子午线正交、满足设计要求的曲线簇作为轮廓线，计算镜片上各个点的矢高数据，从而获得整个面形。设计结果表明，与只采用一条高阶多项式曲线描述子午线的方法相比较，双向拟合设计镜片子午线的方法可以灵活地调节子午线上光焦度增加的速率，从而控制镜片视远区、视近区以及渐进通道的光焦度和像散，设计满足眼镜佩戴者个性化需求的渐进多焦点眼用镜片，即当镜片参数相同时，双向拟合子午线不同，可以获得相应视觉需要的渐进多焦点眼用镜片。将设计的镜片进行实际加工，并检测加工结果，结果表明，加工获得的镜片性能与设计结果一致。
光学设计 渐进多焦点眼用镜片 子午线 光焦度 像散 optical design progressive addition lenses meridian power astigmatism 红外与激光工程
2022, 51(6): 20210630
1 合肥工业大学计算机与信息学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601
3 安徽建筑大学建筑信息获取与测控技术重点实验室，安徽 合肥 230601
大气偏振模式为仿生偏振光导航提供方向基准。在大气偏振模式测量系统中，当偏振片透光轴的起始方向与相机的偏振参考轴之间存在偏差角时，测得的大气偏振模式偏振角分布会出现太阳子午线弯曲的现象。为了解决偏差角对大气偏振模式测量产生的影响，通过建立偏差角误差模型，针对偏差角对大气偏振模式测量精度的影响进行了详细的分析；并提出了利用大气偏振模式特征校正偏差角的方法，利用大气偏振模式的中性点和对称性特征获取偏振角分布的最优对称轴，实现对偏差角的校正。实验结果表明，通过对偏差角的校正，能够提高大气偏振模式的测量精度。
成像系统 大气偏振模式 偏振光导航 偏振成像系统 太阳子午线弯曲 中性点 光学学报
2022, 42(22): 2211003
大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
针对测试环境下偏振光分布模式复杂,特征点发散造成最小二乘法拟合太阳子午线时精度降低的问题,提出了一种基于Hough变换的太阳子午线提取方法。搭建了偏振光分布模式测试系统,利用Stokes矢量原理得到偏振光方位角分布模式,通过设置特征阈值获取太阳子午线特征区域。使用Canny算子检测特征区域边缘,运用Hough变换检测边缘直线方向,结合对称性分布关系获取太阳子午线方位角。通过测试实验,对比分析了所提方法与最小二乘法的测量精确度。实验结果表明,在特征阈值为3<N≤6时,所提方法的测量精确度高于最小二乘法,测量正确度提升了5.53%~87.84%,测量精密度提升了1.81%~92.68%。
大气光学 航向角 太阳子午线 Hough变换 最小二乘法 光学学报
2020, 40(17): 1701002
大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
研究了气溶胶对大气偏振分布的影响。基于蒙特卡罗法的矢量辐射传输模式,对不同气溶胶条件下的偏振分布模式进行了仿真。利用图像式测试系统,对实际大气条件的偏振模式进行了测试,分析了气溶胶质量浓度变化对偏振模式的影响。结果表明,偏振度受气溶胶质量浓度的影响较大,随着气溶胶质量浓度的升高,偏振度不断变小。当PM10的质量浓度由27 μg/m 3增加到53 μg/m 3再增加到103 μg/m 3,PM2.5的质量浓度由9 μg/m 3增加到28 μg/m 3再增加到66 μg/m 3时,最大偏振度值平均减小了约25%。气溶胶对偏振方位角几乎没有影响,偏振方位角的分布稳定。
大气光学 偏振模式 蒙特卡罗法 气溶胶 子午线
1 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学辽宁省微纳技术与系统重点实验室, 辽宁 大连 116024
基于瑞利散射理论, 对天空光偏振分布模式进行了仿真。利用图像式全天空偏振模式测试系统对东海海域的天空光偏振分布模式进行了测试。提出了一种利用偏振方位角信息判断子午线的方法。研究结果表明, 当太阳高度角大于85°或低于25°时, 可利用偏振方位角定位子午线方向。该子午线方向与理论仿真结果一致。
散射 大气光学 偏振模式 海上测试 子午线 太阳高度角 激光与光电子学进展
2018, 55(10): 102901
1 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学辽宁省微纳技术与系统重点实验室, 辽宁 大连 116024
3 大连海事大学环境科学与工程学院, 辽宁 大连 116026
研究了黄海海域的天空光偏振分布模式,分析了海洋上空日光和月光的偏振特性分布规律以及云层对其产生的影响。基于瑞利散射理论对日光和月光的偏振分布模式进行仿真,利用图像式全天空偏振模式测试系统对黄海海域的天空偏振模式进行测试,分别将日光和月光的偏振测试结果与对应的理论仿真结果进行对比,并重点分析子午线方向和中性点的异同。结果表明:测试得到的日光和月光的子午线方向与对应的理论模式基本一致;测试得到日光的偏振模式中性点与理论仿真结果基本相同,但是测试得到月光的偏振模式中性点与理论仿真结果明显不同,在民用暮光阶段,天空光的偏振模式会受到月光和日光的双重影响。此外,云层会影响偏振方位角和偏振度的观测,致使测试仪器目前无法识别部分区域的偏振分布结果。
大气光学 偏振分布模式 中性点 子午线 月光 光学学报
2017, 37(10): 1001004
1 河南工业职业技术学院, 河南 南阳 473009
2 长沙学院, 湖南 长沙 410003
渐进多焦点镜片的面形设计是在镜片表面初始矢高模型基础之上进行的，设计的关键在于镜片子午线曲线的选择。通过对渐进多焦点镜片的渐变区面形分析，对镜片变化的曲率中心的方位准确定向，分析了曲率渐变对镜片像散和棱镜度的影响，提出了一种采用渐开线作为渐进多焦点镜片子午线曲线的设计思路，并建立了基于渐开线作为渐变区子午线的渐进多焦点镜片表面初始矢高模型。
光学设计 渐进多焦点 子午线 初始矢高 渐开线 激光与光电子学进展
2017, 54(3): 032201
1 中北大学 电子测试技术重点实验室
2 信息与通信工程学院，太原 030051
3 中北大学 电子测试技术重点实验室, 太原 030051
针对偏振光导航航向获取需求，提出一种以全天域大气偏振模式作为信息来源实现载体航向解算的新方法。该方法利用“沿着太阳子午线方向的E 矢量垂直于太阳子午线”这一偏振特性实现太阳子午线特征点提取，采用最小二乘法确定太阳子午线在载体坐标系下的方位角；并利用“太阳子午线附近的偏振度小于逆太阳子午线附近的偏振度”的特性，解决航向获取角度歧义性的问题；结合太阳在地理坐标系下的方位计算航向信息。实验表明，在设定的全天域偏振信息采样方式下，该方法在不同时刻、不同航向、不同采样点数下的航向获取精度为0.05°内；在偏振角测量误差8°以内，平均误差仍在0.2°内；证明了该方法解算精度高，适应性好，可以有效解算航向信息。
大气偏振模式 航向角 最小二乘法 导航 太阳子午线 atmosphere polarization pattern yaw nonlinear least square method navigation solar meridian
