大焦深光学投影镜头设计

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大焦深内窥镜光学系统设计

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变液体固体界面的外加电压来控制液体在固体面上的润湿特性的, 电润湿型液体透镜的成像原理就是基于这一物理现象的。电润湿型可变焦液体透镜的基本结构如图 1 所示。将两种互不相溶的液体注入到一个包含两个透明玻璃基板的腔体中。在两种液体中, 一种( liquid 1) 为电活性液体 , 另一种 ( liquid 2) 为绝缘液体。在腔体的侧壁上包含两个金属电极 1 和 2, 金属电极 1 直接与电活性液体相接触 , 金属电极 2 及腔体的侧壁均涂覆疏水介电层。
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第4期
张薇 , 等 :
大焦深内窥镜光学系统设计
成像质量。在实际光学系统被校正像差后, 除在理想像面上可获得清晰的像以外 , 常把理想波面的参考点沿轴离焦 , 当波像差不超过 / 2( 由 /4 到 / 4 ) 时 , 也能得到清晰的像 , 所以把对应的离焦量称作为焦深。在已知系统的入射光瞳直径 D 及系统的焦距 f 后 , 焦深可用如下公式计算 : 2 l = 4 n f D
[ 5, 6]
∀ 0∀ r U2 2! 12 d
, 基于填充液体表面曲率
[ 10 ! 12]
[ 7 ! 9]
和基于介质上电润湿流体。在本文的设计
接触角变化的可变焦透镜
中, 主要采用电润湿型液体透镜, 通过电压控制其焦距变化, 实现系统微调焦 , 达到增大焦深的目的。该种液体透镜具有响应时间短、无机械可动部件、集成性能好的优点。电润湿效应是一种物理化学现象 , 它是通过改
由于内窥镜技术可在最大程度减小病人痛苦的前提下深入脏器 , 观察病灶, 所以在无创或微创治疗中的应用已越来越广泛。由于各种体腔往往深入在人体内部, 难以触及 , 所以对内窥镜光学系统提出了细长结构及大视场角的要求。由于医用内窥镜光学系统要求的物距范围非常大 ( 3~ 100mm) , 要在大景深范围内实现清晰成像难度较大, 这就使得内窥镜在使用状态下的成像质量受到一定的限制。如何在医用内窥镜中实现大物距范围内的清晰成像, 是使用者对新型内窥镜提出的要求 , 然而内窥镜光学系统对系统尺寸及镜片数目的要求非常严格 ,

大焦深光学投影镜头设计

大焦深光学投影镜头设计作者：邹跃来源：《科教导刊·电子版》2018年第05期摘要根据镜头初始数据改编，设计了一款焦距为12mm，F数为8，视场角为60度，焦深范围为0.84mm的超短定焦投影镜头。

经测试表明，镜头在全使用球面镜的条件下像差较小，空间分辨率较高，焦深范围大，是一款整体效果不错的大焦深投影镜头。

关键词大焦深传递函数超短焦投影镜头0引言随着材料科学与光学产业的快速发展，当前的投影市场呈现出一派欣欣向荣的景象，投影镜头因其呈现的大范围高清画面以及办公时的高效性而受到越来越多的青睐。

超短焦投影镜头更是因为在短距离就可投射出大画面的特点而得到更深入的研究，大焦深则可在一定范围内调焦仍然清晰，可有效地防止用户花费较多的时间去寻找最好的聚焦点而浪费不必要的时间。

本文基于此，通过改变初始镜头的参数来实现大焦深、超短焦的投影镜头设计。

本镜头主要是基于常规的投影镜头与幕布相距太远，人员的走动易遮挡光线连续性的不足而改编的。

焦深是指焦点的深度，即在人眼不能明显分辨物体清晰度的条件下镜头的聚焦范围。

影响焦深最主要的因素是光圈的大小，光圈越小，焦点与出射光之间的夹角越小，在相同的光斑约束下，清晰的范围就越大。

除了减小光圈，还有一个研究方向很火，就是在出瞳处放置一块相位掩模板改变光波的相位，通过编码的方式来重构，效果很好，但难度和成本很大。

为降低难度和节约成本，本文仅以减小光圈为突破口，实现大焦深的目的，虽然以减小光通量为代价，但是整体的效果较好，具有一定的参考价值。

1镜头数据参数根据镜头初始数据，使用了10片球面玻璃以及2块不同折射率的平行玻璃板和一个平面，如图1所示。

平行玻璃板可以改变光束的偏移方向，还可与透镜产生的像差相互抵消，加入一个平面可有效地弥补剩余的像差，使得弥散斑最小化。

球面玻璃中既有火石玻璃，又有冕牌玻璃，大都是常见的，都是以折射率和阿贝数的形式表示，可在镜头数据库找到，没有使用双胶合透镜。

镜头设计光学知识点归纳

镜头设计光学知识点归纳镜头设计是摄影领域中至关重要的一环，决定了成像效果的质量和特点。

在镜头设计过程中，有许多光学知识点需要掌握和应用。

本文将对镜头设计中的一些重要光学知识点进行归纳和总结，以帮助读者更好地理解与应用。

1. 焦距和焦平面焦距是衡量镜头光学性能的一个重要指标。

它决定了摄影中的景深、视角和透视效果。

焦距较小的镜头具有广阔的视角和深景深，而焦距较大的镜头则具有较窄的视角和浅景深。

焦平面是镜头的聚焦面，图像在焦平面上才能获得最佳清晰度。

2. 光圈和景深光圈是控制镜头进光量的装置，也决定了景深的大小。

较小的光圈（大F值）能够提供较大的景深，使得前后景物都能得到清晰呈现；而较大的光圈（小F值）能够提供较小的景深，使得主体能够突出而背景模糊。

3. 畸变和色差畸变是指图像中直线变形的现象，分为桶形畸变和枕形畸变。

合理的镜头设计可以减小或消除畸变现象，使得图像更接近真实。

色差是指不同波长的光聚焦位置不同，导致彩色图像出现边缘色差的现象。

镜头设计师需要考虑使用适当的光学元件来校正色差，以获得更准确的颜色再现性。

4. 散焦和散光散焦是指镜头在不同焦距下图像的聚焦点出现位移的现象。

通过对散焦现象的控制，可以实现镜头的多焦点调整和变焦功能。

散光是指聚光点周围图像发散开来的现象，镜头设计中需要注意合理控制散光现象以获得更锐利的图像。

5. 渐晕和反射渐晕是指镜头中心光亮度高于边缘的现象，造成边缘图像暗淡。

反射是指镜头在强光照射下由于光线反射而产生的干扰，降低了图像的对比度和细节。

良好的镜头设计需要有效减小渐晕和反射现象，提高图像的质量和清晰度。

6. 变形和变焦变形是指图像在成像过程中出现的形变现象，包括桶形变形和枕形变形。

变焦是指通过调整镜头的焦距来改变视角和远近比例的能力。

合理的镜头设计需要控制变形，并保证变焦过程中图像的质量和清晰度。

7. 倍率和接触角倍率是指镜头实际焦距与标准焦距之间的比值，决定了图像的放大程度。

变焦投影物镜光学系统设计

Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｚｏｏｍｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｌｅｎｓａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｍｅｅｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｒｅｅｎｓｉｚｅｗｉｔｈｓａｍｅｏｐｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅａｎｄｓｃｒｅｅｎｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈｏｆｚｏｏｍｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｌｅｎｓｒａｎｇｅｓｆｒｏｍ２２
该变焦投影物镜的焦距变化范围为２２ｍｍ￣３７ｍｍ，视场角为４６。～７５。，Ｆ数为２．８。考虑设计的光学系统要求相对孔径较大，具有大视场角和小变焦倍比，根据变焦理论，采用正组补偿的机
械补偿法，并对变倍组、补偿组进行合理的倍率选段，求出高斯解；然后对各组元分别选用合理
的初始结构，利用Ｚｅｍａｘ光学设计软件进行优化设计，适当添加非球面。采用二、四组元运动的机械补偿法解决了大视场变焦系统畸变难以控制的问题，并利用调制传递函数综合评价了整个光学系统。设计结果表明：该变焦投影物镜系统的光学结构和成像质量均符合设计指标要求，

光刻机投影镜头的高分辨率设计与制造

光刻机投影镜头的高分辨率设计与制造在当今信息科技高速发展的时代，光刻技术作为芯片制造领域的核心工艺之一，起到了至关重要的作用。

而光刻机中的投影镜头作为实现高分辨率光刻的关键部件，其设计与制造水平直接决定了芯片制造的质量和性能。

本文将探讨光刻机投影镜头的高分辨率设计与制造。

一、高分辨率设计高分辨率是光刻机投影镜头的重要性能指标之一，它决定了光刻机的能力以及芯片制造的质量和效率。

在设计高分辨率的投影镜头时，以下几个关键因素需要考虑。

1. 光学系统设计光刻机投影镜头的光学系统设计必须准确严谨。

在设计过程中，需要考虑光学系统的孔径，像差校正，以及透镜元素的形状和材料选择等方面。

通过优化这些参数，我们可以提高投影镜头的分辨能力，从而实现高分辨率的光刻。

2. 液面透镜技术液面透镜技术是实现高分辨率光刻的重要手段之一。

液面透镜利用液体的折射率变化，可以有效减小透镜的孔径限制，提高透镜的分辨能力。

在制造过程中，我们需要选择合适的液体材料，并将其注入到透镜中，以实现液面透镜技术的应用。

3. 高精度加工技术在投影镜头的制造过程中，高精度加工技术是非常重要的。

精确的加工工艺可以保证透镜的表面平整度和形状精度，从而提高投影镜头的分辨能力。

目前，常用的加工技术包括光刻、磨削、抛光等，这些技术在制造过程中需要严格控制，以确保投影镜头的高分辨率设计。

二、制造工艺除了设计，制造工艺也是实现高分辨率光刻的关键环节。

在制造过程中，以下几个方面需要重点考虑。

1. 材料选择投影镜头的材料选择直接关系到其成像效果和使用寿命。

常用的材料有石英、镁氟硅、镁氟锂等。

不同的材料具有不同的特性，需要根据光刻工艺的要求选择合适的材料。

2. 光刻技术光刻技术在制造过程中起到了至关重要的作用。

通过光刻技术，我们可以将芯片的图案转移到投影镜头的光刻模板上，从而实现高分辨率的光刻。

常用的光刻技术包括传统的接触式光刻和非接触式光刻等。

3. 模板制造光刻机中的光刻模板也是实现高分辨率光刻的重要组成部分。

大景深光学成像

大景深光学成像系统原理框图：
绪论中已经提到了本文要采取的增大景深的方法，即在普通光学成像系统的光瞳或者孔径光阑处放置一块特殊设计的相位模板来对成像波前进行调制，使得光学成像系统的光学传递函数体现出离焦不变性，接着对 CCD 等成像器件得到的数字图像进行图像复原操作，从而得到大景深的较清晰图像，原理方框图如图所示。
其中h(xi,yi;x0,y0)是由位于物坐标(x0,y0)的单位振幅的点光源在坐标(xi,yi)处产生的复场振幅。只要能够确定脉冲响应h，就能完备表示出成像系统的性质。
为了得到脉冲响应h，可以把从物点(x0,y0)到(xi,yi) 的过程分成三个阶段：
阶段 1：点光源(x0,y0)到透镜前平面，可以理解为一个点光源的菲涅耳衍射过程；阶段 2：经过透镜，为一个相位变换过程；阶段 3：从透镜后平面到观察点(xi,yi)，是一个典型的菲涅耳衍射过程。
大景深光学成像系统的研究
组员：杨凯歌，葛贤涛，赵锡年
前言：
增大非相干光学成像系统的景深近年来一直是应用光学领域的研究热点，这是因为大景深光学成像系统可以应用于很多领域，比如可以应用于机器视觉、生物医学显微成像、光学遥感等领域。 1960 年 Welford 提出了利用环形孔径增大景深。自此以后，又涌现出了很多方法，比如，能量吸收切趾器法，序列图像融合法，特殊设计镜头结合图像后处理法，光瞳面内的相位模板结合图像后处理方法，三维全息等。当前活跃研究集中在普通光学成像系统中引入相位模板并结合数字图像复原技术来增大光学成像系统的景深。在光学部分，处在光瞳面处的相位模板改变成像波前从而得到不随离焦变化的中间图像；在图像处理部分，通过不依赖于聚焦状态的数字滤波器对中间的图像进行处理以得到大景深图像。

大孔径变焦投影镜头设计

中图分类号：ＴＮ２０２；ＴＨ７０３
文献标志码：Ａ
ＤＯＩ：１０．５７６８／ＪＡＯ２０１８３９．０３０５００１
Ｄｅｓｉｇｎｏｆｌａｒｇｅａｐｅｒｔｕｒｅｚｏｏｍｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｌｅｎｓ
ＨｏｕＧｕｏｚｈｕ。ＬｙｕＬｉｊｕｎ
（１．ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒ，ＳｈａｎｇｈａｉＤｉａｎｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１３０６，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）
收稿日期：２０１７－０８—０６；修回日期：２０１７－ｌ１—２２基金项目：国家自然科学基金（１１２７４２２３）作者简介：侯国柱（１９７６一），男，内蒙古赤峰人，博士研究生，工程师，主要从事光学设计和机电一体化技术研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｏｕｇｚ＠ｓｄｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ通信作者：吕丽军（１９６３一），男，浙江缙云人，教授，博导，主要从事真空紫外、软Ｘ射线光学及超大视场光学系统等方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｕｌｉｊｕｎ＠ｓｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
第３９卷第３期２０１８年５月
文章编号：１００２—２０８２（２０１８）０３—０４０５—０７
应用光学ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ
大孔径变焦投影镜头设计

400nm到1000nm的成像镜头设计

400nm到1000nm的成像镜头设计摘要：一、引言二、成像镜头设计概述1.成像镜头设计原理2.成像镜头的性能指标三、400nm 至1000nm 成像镜头的设计1.设计要求2.光学系统的选择3.光学元件的加工与检测4.成像镜头的组装与调试四、成像镜头的性能测试与分析1.成像质量评价2.成像性能参数五、结论与展望正文：一、引言随着科学技术的不断发展，对于光学成像技术的要求越来越高。

在光谱的400nm 至1000nm 范围内，成像镜头的设计是一项重要的工作，涉及到的应用领域广泛，如医疗、生物科技、环境监测等。

因此，本文将对400nm 至1000nm 成像镜头的设计进行详细探讨。

二、成像镜头设计概述1.成像镜头设计原理成像镜头设计原理是基于光学成像公式，通过计算物体与像之间的光线传播关系，来确定各个光学元件的形状和位置。

在设计过程中，需要考虑光学系统的成像质量、视场角、像距等参数。

2.成像镜头的性能指标成像镜头的性能指标主要包括：成像质量、视场角、像距、分辨率、焦深等。

其中，成像质量是评价成像镜头性能的关键指标，包括分辨率、对比度、色彩还原等。

三、400nm 至1000nm 成像镜头的设计1.设计要求在设计400nm 至1000nm 成像镜头时，需要根据实际应用需求，确定光学系统的类型和组成。

此外，还需要考虑光学元件的材质、加工工艺等因素，以满足设计要求。

2.光学系统的选择根据成像波段的要求，选择合适的光学系统。

例如，在400nm 至1000nm 范围内，可以选用折射式光学系统或反射式光学系统。

3.光学元件的加工与检测在光学元件加工过程中，需要保证加工精度，以满足设计要求。

检测方面，可以通过干涉仪、像差仪等设备，对光学元件的形状和表面质量进行检测。

4.成像镜头的组装与调试在成像镜头组装过程中，需要保证各个光学元件的位置精度。

调试过程中，可以通过调整光学元件的位置、焦距等参数，以优化成像性能。

四、成像镜头的性能测试与分析1.成像质量评价通过拍摄测试样本，对成像镜头的成像质量进行评价。

大焦深数字灰度光刻物镜设计

大焦深数字灰度光刻物镜设计胡思熠;许忠保【摘要】为了提高数字灰度光刻系统的焦深，研究了基于点扩散函数稳定性的光瞳编码优化方法，在此基础上综合考虑系统的成像对比度和分辨率，利用工程计算软件MAPLE和光学设计软件ZEMAX设计了一种分辨率为1μm的含有5区相位型光瞳滤波器的长焦深数字灰度光刻系统。

结果表明，系统调制传递函数表现出离焦不变性，在保证像方分辨率的前提下，系统的焦深被延拓到原有焦深的2.5倍以上，且在整个焦深空间内系统性能与焦点处保持一致，从而提高了光刻系统的工艺容限。

所得实验结果与理论分析一致，说明了设计的可行性。

%In order to improve focus depth of digital grayscale lithography , an optimization method of pupil coding was studied based on the stabilization of point spread function .A digital grayscale lithography system with 1μm resolution, long focus depth and five-zone phase pupil filter was designed by using MAPLE and ZEMAX software .The results show that system modulation transfer function has defocus invariance .Under the premise of image resolution stability , the focus depth of the system is extended 2.5 times more than the original focus depth .And then, the system performance within the space of the entire focus depth is consistent with the system performance at the focal point .Thereby, the tolerance of lithography system is increased.The experimental result is the same as the theoretical analysis and the design is feasible .【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】5页(P464-468)【关键词】光学设计;长焦深;相位型光瞳滤波器;无掩膜光刻【作者】胡思熠;许忠保【作者单位】湖北工业大学机械工程学院，武汉430068;湖北工业大学机械工程学院，武汉430068【正文语种】中文【中图分类】TN305.7;TN202微机电系统（micro-electro-mechanical system，MEMS）和微光机电系统（micro-opto-electro-mechanical system，MOEMS）制造过程中的数字灰度光刻技术，采用了空间光调制器（spatial light modulator，SLM）作为虚拟的数字掩膜代替传统光刻掩模，通过使用计算机控制的数字微镜器件（digitalmicro-mirror device，DMD）取代昂贵的掩膜板完成对入射光的调制［1］，实现了掩膜图形的灰度曝光和实时变化，从而能够实现任意连续面浮雕微结构的微细加工［2］。

大视场长焦面光学遥感器双凸轮式焦面调焦机构

大视场长焦面光学遥感器双凸轮式焦面调焦机构刘磊;曹国华【摘要】A focusing mechanism with a tilt of focusing plane assembly less than 7 " , positioning accuracy better than 0. 01 mm in the +2 mm focusing range was designed to ensure the best image quality for a wide field space camera with a focal plane length more than 600 mm. To meet the requirements of the focusing mechanism for focusing accuracy, mechanical environments and the vacuum environments, the dual-cam drive technology was used to complete the accurate focusing, and the loss of power brake self-locking technology allowed the camera to be a stable image plane position under the impact of mechanical environments. Furthermore, the high stiffness rail and bearings were used in the focusing mechanism to obtain a high dynamic stiffness. The design analysis and experimental results show that the dual focal plane cam-driven focusing mechanism has high focusing precision and high re-liability and is able to complete the focuing and improve the image quality of space cameras in the complex space environments.%为保证焦面长度大于600mm的大视场空间光学遥感器在空间环境下的成像质量,设计了一套在±2 mm调焦范围内焦面组件倾斜小于7”、定位精度优于0.01 mm的焦面调焦机构.针对系统对调焦精度、力学环境、真空环境的要求,该调焦机构采用双凸轮驱动技术来满足调焦精度要求；采用失电制动器自锁技术,使相机经发射等力学环境冲击后像面位置仍保持稳定.此外,采用高刚度导轨和轴承使调焦机构具有较高的动态刚度.设计分析及实验证明,该套焦面调焦机构具有较高的调焦精度和可靠性,能够在复杂的空间环境下完成调焦任务,提高遥感器的成像质量.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2012(020)009【总页数】6页(P1939-1944)【关键词】空间相机;双凸轮机构;焦面调焦;成像质量【作者】刘磊;曹国华【作者单位】长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】V447.3;V443.51 引言在空间对地遥感观测技术领域里，离轴三反光学系统具有大视场、高分辨率、体积小、无色差、平像场等优势。

大视场光学系统设计

大视场光学系统设计
大视场光学系统是指适用于视角范围广泛的摄影、遥感、医学成像等应用场合的光学系统。

它可以提供高质量的图像，同时在更大的范围内保持较好的光学性能。

下面将介绍大视场光学系统的设计原理和常用的优化方法。

设计原理
大视场光学系统的设计需要考虑以下几个方面的因素：
1.镜头参数的选择：为了满足大视场的要求，需要选择较大的视角和宽广的视场。

镜头类型也需要根据具体应用场合进行选择。

2.光学元件的设计：光学元件的设计应该针对大视场进行优化。

对于非球面透镜，合理设计会显著提高光学性能。

3.光线追迹技术：为保证大视场光学系统的高质量，需要使用光线追迹技术进行优化，识别并排除光线传递过程中产生的像点附近的偏移或畸变。

常用优化方法
1.大覆盖距离：实际上，大覆盖距离优化是一个基于不同光学环节的设计指标。

在实际设计中，我们需要将不同部分的优化结合在一起，如减小曲面像点偏移等。

2.光学元件选材：选择正确的光学元件材料是保证大视场光学系统高分辨成像及色彩保真度的前提。

需要在选择合适材料的同时，充分考虑镜头的成像质量及相机结构因素。

3.非球面透镜设计：非球面透镜的设计是一项关键的方法，这种方法可以显著减少透镜产生的色差及像差，从而达到提高大视场成像质量的目的。

总之，大视场光学系统设计需要考虑多种因素，包括镜头参数的选择、光学元件的设计，以及光线追迹技术等等。

准确的设计和优化方法是保证大视场光学系统高质量成像的关键。