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入瞳位置前置式双通道全景环带光学系统设计

红外与激光工程 2019年第6期48卷 398-403页

作者：黄蕴涵付跃刚刘智颖长春理工大学测试分析中心

全景环带光学系统在机器视觉领域等领域中有广泛的应用,该类系统不断追求小型化、紧凑化,并且在保证系统结构紧凑小巧的同时实现大视场探测。针对上述需求对全景环带成像光学系统开展研究,并在分析全景环带头部单元形式的基础上设计了... 详细信息

全景环带光学系统在机器视觉领域等领域中有广泛的应用,该类系统不断追求小型化、紧凑化,并且在保证系统结构紧凑小巧的同时实现大视场探测。针对上述需求对全景环带成像光学系统开展研究,并在分析全景环带头部单元形式的基础上设计了一款双通道全景环带光学系统。该系统由边缘视场通道以及中心视场通道组成,两个通道分别由入瞳位置前置式全景环带系统以及中心视场系统进行构建。通过合理的搭配,最终系统中心视场通道视场范围为0°~18.5°,边缘视场通道视场范围为38°~83°,在设计过程中,使用even-ogive面型对全景环带系统的特定面型进行设计,并对如何使用该面型进行了描述,最终所设计的系统的两个视场通道均可在0.486~0.656μm可见光波段内清晰成像,光学系统结构紧凑,成像质量良好,满足使用需求。

关键词：光学设计全景环带光学系统双通道非球面

offner型连续变焦中波红外光谱成像系统设计

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红外与激光工程 2019年第7期48卷 162-170页

作者：刘智颖高柳絮黄蕴涵长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室

为了适应不同视场光谱仪的应用需求,设计了一款offner型连续变焦中波红外光谱成像系统。该系统引入前置变焦系统实现60~300 mm范围连续变焦,同时采用光栅型offner同心结构进行光谱分光及成像,系统工作波段为3~5μm,选用制冷型红外探测器... 详细信息

为了适应不同视场光谱仪的应用需求,设计了一款offner型连续变焦中波红外光谱成像系统。该系统引入前置变焦系统实现60~300 mm范围连续变焦,同时采用光栅型offner同心结构进行光谱分光及成像,系统工作波段为3~5μm,选用制冷型红外探测器,系统F#=4.0。根据物像交换原则及光焦度分配原则对前置变焦系统和中继系统的初始结构进行了计算,并应用zemax软件对各子系统进行优化,使其满足设计参数要求。最终offner型连续变焦中波红外光谱成像系统的调制传递函数在空间频率33 lp/mm处接近衍射极限,点列斑均方根半径均小于一个像元大小,设计的结果显示系统结构简单,在各个焦距位置及各谱段下,像质均满足了设计指标要求,成像质量良好。

关键词：光谱成像连续变焦中波红外系统冷光阑匹配

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双波段消热差红外鱼眼光学系统设计

红外与激光工程 2014年第10期43卷 3329-3333页

作者：付跃刚黄蕴涵刘智颖长春理工大学测控分析中心吉林长春130022

双波段鱼眼红外光学系统可以获取中波和长波两波段的图像信息，同时由于其大视场的特性，可以大大增加目标信息获取范围。根据光学系统的设计要求对光学系统进行了设计，全视场196°，4.4~5.4μm/7.8~8.8μm波段内清晰成像，考虑到冷光... 详细信息

双波段鱼眼红外光学系统可以获取中波和长波两波段的图像信息，同时由于其大视场的特性，可以大大增加目标信息获取范围。根据光学系统的设计要求对光学系统进行了设计，全视场196°，4.4~5.4μm/7.8~8.8μm波段内清晰成像，考虑到冷光栏的制冷效应，F#严格与冷光栏匹配，达到100%的冷光栏效应。推导了大视场被动消热差公式，通过对玻璃材料的优化选择，达到了双波段消热差，所设计的光学系统结构相对简单，成像质量较好，系统各个波段在-40~60℃的工作温度下实现了消热差，满足使用需求。

关键词：鱼眼透镜双波段消热差光学设计

基于Q-con非球面的折反射式全景光学系统设计

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光子学报 2023年第5期52卷 242-256页

作者：包晟刘智颖黄蕴涵张禛长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春130022

为了获得大视场管道内壁全景成像,利用Q-type非球面中的Q-con非球面设计了一款工作在可见光波段,视场大小为(65°~115°)×360°,焦距为1.24 mm,F数为3.5,总长为100 mm的折反射式全景光学系统。该系统由1片反射镜、8片透镜组成,其中反... 详细信息

为了获得大视场管道内壁全景成像,利用Q-type非球面中的Q-con非球面设计了一款工作在可见光波段,视场大小为(65°~115°)×360°,焦距为1.24 mm,F数为3.5,总长为100 mm的折反射式全景光学系统。该系统由1片反射镜、8片透镜组成,其中反射镜单元采用Q-con非球面面型,其余透镜均为球面。在尼奎斯特频率93 lp/mm处调制传递函数大于0.4,成像质量接近衍射极限。为验证Q-con面型相对于偶次非球面面型在折反射式光学系统设计中的优势,实际设计了一款与Q-con非球面折反射式全景系统具有相同参数的偶次非球面折反射式全景系统,对两者进行了分析比较。结果表明,相对于偶次非球面,Q-con非球面多项式系数比对应的偶次非球面的多5~17个数量级,不仅有效的提高了系统设计效率、加工与检测精度、减小成本,同时也可以实现像质更高、口径更小的设计结果。

关键词：光学设计折反射式全景光学系统 Q-type非球面曲面拟合反射镜单元

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便携多表面反射式望远系统光学设计

光学学报 2021年第7期41卷 108-113页

作者：徐乾智王洋黄蕴涵付跃刚长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

为了减小手持双目望远系统的体积与质量,在单片多表面光学系统原理的基础上,建立了单片多表面望远系统的模型,构建了中心厚度与遮拦比的关系表达式,通过计算得到了系统的初始结构,并进一步优化出一款便携多表面反射式望远系统。该望远... 详细信息

为了减小手持双目望远系统的体积与质量,在单片多表面光学系统原理的基础上,建立了单片多表面望远系统的模型,构建了中心厚度与遮拦比的关系表达式,通过计算得到了系统的初始结构,并进一步优化出一款便携多表面反射式望远系统。该望远系统由单片透镜组成,光线在透镜中发生4次反射,各反射面均为偶次非球面。系统的工作波段为可见光,放大倍率为5×,透镜的基底为聚甲基丙烯酸甲酯,直径为15 mm,总长为5 mm,全视场为1.15°。优化后的镜头全视场波像差满足使用要求,光学传递函数(MTF)曲线平滑,在60 lp/mm处大于0.2,成像质量良好。通过将优化系统与传统的伽利略式望远系统进行对比,发现该系统满足市场对于便携式望远系统的需求。

关键词：光学设计小型化望远系统环形孔径折叠光路

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基于等效节点理论确定光轴方法的研究

光子学报 2021年第9期50卷 36-45页

作者：刘智颖贾桂园秦天翔黄蕴涵张涵长春理工大学测试分析中心长春130022

针对目前高精度光学系统光轴标定存在的误差问题,提出了一种基于等效节点理论对系统实际光轴进行标定的方法,通过建立基准坐标系、节点坐标系和探测器坐标系,结合齐次坐标变换的方法构建适用于实际系统光轴标定的数学模型。以焦距为100 ... 详细信息

针对目前高精度光学系统光轴标定存在的误差问题,提出了一种基于等效节点理论对系统实际光轴进行标定的方法,通过建立基准坐标系、节点坐标系和探测器坐标系,结合齐次坐标变换的方法构建适用于实际系统光轴标定的数学模型。以焦距为100 mm,物方节点与像方节点之间的距离为20 mm的光学系统为例,基于小旋量理论对其光轴精度影响因素进行了分析与计算,结果表明平行光管、转台、与标定模型三方面引入的标定误差低于10''。为不同的光学系统基于等效节点理论进行光轴标定时的精度分析提供了方法与依据。

关键词：光学系统光轴标定等效节点齐次坐标变换精度分析

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星模拟器光学系统视场拼接方法的研究

中国光学 2021年第6期14卷 1468-1475页

作者：付景怡秦天翔黄蕴涵刘智颖长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

大视场星模拟器可以提供更广的星图范围。但是现有星模拟器受显示芯片尺寸的限制,最大视场不超过30°。为了增大星模拟器光学系统视场,本文提出一种将同一规格的星模拟器视场进行拼接从而扩大视场的方法。为了降低成本及系统复杂程度、... 详细信息

大视场星模拟器可以提供更广的星图范围。但是现有星模拟器受显示芯片尺寸的限制,最大视场不超过30°。为了增大星模拟器光学系统视场,本文提出一种将同一规格的星模拟器视场进行拼接从而扩大视场的方法。为了降低成本及系统复杂程度、减少系统整体重量,以最少的拼接数目实现最大的拼接视场,文中针对视场重叠区域进行了详细计算与分析,提出以平面拼接为基础的形式简化拼接模型,得到正三角形、正四边形、正六边形3种典型的拼接方式,并推导了3种拼接方式下视场利用率的计算方法。提出了单一视场坐标计算方法,据此确定每个视场的中心位置,得到准确拼接数目。对比结果显示,正六边形拼接方式具有视场利用率更高、拼接数目更少的突出优势,为大视场星模拟器设计提供依据。

关键词：视场拼接星模拟器大视场拼接模型

人眼海丁格尔刷效应的偏振感知建模与分析(特邀)

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红外与激光工程 2022年第1期51卷 405-413页

作者：王祺刘智颖贾文涛黄蕴涵贺文俊长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

海丁格尔刷效应是一种人眼对线偏振光进行感知的内视效应,可用于判断人眼黄斑疾病的病变情况。针对现有海丁格尔刷效应图像存在难以精确仿真和分析的问题,通过三维琼斯矩阵和矢量对人眼的偏振感知效应进行计算,建立了一种人眼偏振感知模... 详细信息

海丁格尔刷效应是一种人眼对线偏振光进行感知的内视效应,可用于判断人眼黄斑疾病的病变情况。针对现有海丁格尔刷效应图像存在难以精确仿真和分析的问题,通过三维琼斯矩阵和矢量对人眼的偏振感知效应进行计算,建立了一种人眼偏振感知模型,对理想、近/远视和散射等形式的人眼进行了偏振像差分析。结果表明:在人眼内介质均匀的情况下,人眼光瞳上正入射的460 nm波长线偏振光因晶状体[-5D,+5D]屈光度差异所产生的二向衰减小于1%。基于所建立的人眼偏振感知模型,利用入射偏振光的三维琼斯矢量对人眼光瞳上不同入射光场和屈光度的海丁格尔刷效应强度图像进行仿真计算,为海丁格尔刷效应的研究提供有效理论依据,扩大海丁格尔刷效应在人眼黄斑病变检测中的应用。

关键词：偏振人眼偏振感知海丁格尔刷效应三维琼斯矢量三维琼斯矩阵

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透射式内调焦宽光谱光学系统的设计与分析

光子学报 2020年第3期49卷 92-102页

作者：刘智颖李曙琦黄蕴涵付跃刚长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春130022

为了在实现系统内调焦的同时保证宽光谱系统的优良像质,通过合理选材对宽光谱光学系统中存在的位置色差以及二级光谱进行校正,并提出了一种内调焦宽光谱光学系统的设计方法.建立内调焦消色差的数学模型,推导系统设计所需满足的公式.结... 详细信息

为了在实现系统内调焦的同时保证宽光谱系统的优良像质,通过合理选材对宽光谱光学系统中存在的位置色差以及二级光谱进行校正,并提出了一种内调焦宽光谱光学系统的设计方法.建立内调焦消色差的数学模型,推导系统设计所需满足的公式.结合提出的数学模型与推导出的公式,以焦距为90mm、F数为2.8、具备内调焦功能的宽光谱光学系统为例进行验证.结果表明,系统可在420~900nm的宽光谱范围内对0.2~200km位置内的目标进行色差校正,验证了内调焦宽光谱光学系统设计方法与消色差数学模型的正确性.

关键词：光学设计内调焦宽光谱消色差数学模型