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新型角膜曲率仪成像光学系统设计

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简介:
本研究旨在设计一种用于新型角膜曲率仪的成像光学系统,以提高角膜曲率测量的精度和效率。通过优化光学元件布局与参数,增强图像质量和系统的实用性能。 与传统的角膜曲率仪相比,本段落提出了一种基于光标成像原理的新型角膜曲率仪光学系统。该系统的结构紧凑且操作简便,并能达到所需的屈光度测量精度及范围。 此光学系统主要分为两个部分:成像系统和照明系统。其中,成像系统由投影物镜、角膜以及摄影物镜组成,采用的是外调焦方式;而照明系统则使用柯勒照明技术,确保环形光标、角膜前表面与CCD接收器的均匀照亮。 该系统的图像分辨率达到了133线对/毫米(lp/mm),且畸变率低于1%。在屈光度测量方面,精度为0.25 D(曲率半径测量精度为0.02 mm),而其测量范围则覆盖了从30到60D的区间(相应的曲率半径测量范围是从5.5至11毫米)。 设计结果显示,在确保角膜屈光度高精度和广量程的同时,该系统成功实现了结构紧凑且易于操作的目标。

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    本研究旨在设计一种用于新型角膜曲率仪的成像光学系统,以提高角膜曲率测量的精度和效率。通过优化光学元件布局与参数,增强图像质量和系统的实用性能。 与传统的角膜曲率仪相比,本段落提出了一种基于光标成像原理的新型角膜曲率仪光学系统。该系统的结构紧凑且操作简便,并能达到所需的屈光度测量精度及范围。 此光学系统主要分为两个部分:成像系统和照明系统。其中,成像系统由投影物镜、角膜以及摄影物镜组成,采用的是外调焦方式;而照明系统则使用柯勒照明技术,确保环形光标、角膜前表面与CCD接收器的均匀照亮。 该系统的图像分辨率达到了133线对/毫米(lp/mm),且畸变率低于1%。在屈光度测量方面,精度为0.25 D(曲率半径测量精度为0.02 mm),而其测量范围则覆盖了从30到60D的区间(相应的曲率半径测量范围是从5.5至11毫米)。 设计结果显示,在确保角膜屈光度高精度和广量程的同时,该系统成功实现了结构紧凑且易于操作的目标。
  • 小入射棱镜
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    本研究针对小入射角棱镜成像光谱仪进行光学系统设计,旨在优化其在特定应用中的性能与效率。通过精心调整光学元件参数,实现高分辨率、宽光谱范围及小型化的设计目标,适用于环境监测和生物医学等领域的需求。 本段落研究了棱镜色散型光谱仪的特点及其分光原理,并提出了一种新型的小入射角棱镜分光光谱仪的设计方法。该设计采用全反射光路,无需加入校正透镜,从而避免因色差引起的像差问题,提高了成像质量并有效校正了光谱弯曲现象。通过光学设计软件Zemax对所设计的成像光谱仪系统进行了分析和验证。结果表明,在各个波段内该系统的光学传递函数均接近衍射极限,并且光谱弯曲较小,完全满足预期的设计指标要求。
  • 改进的Czerny-Turner方法
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    本研究提出了一种优化的Czerny-Turner型成像光谱仪设计方法,旨在提高其成像质量和分辨率。通过创新性地调整关键元件布局与材料选择,实现了更宽的光谱范围和更高的灵敏度。该方法在天文观测、环境监测及生物医学应用中展现出巨大潜力。 像散是目前限制Czerny-Turner结构成像光谱仪空间分辨率的主要因素之一。通过引入柱面反射镜,并利用光焦度来评估像散的大小,推导出了便于计算的校正公式,从而有效解决了像散问题。此外,还提出了一种准直镜到光栅距离的计算方法,以纠正边缘视场中的像差。同时给出了成像光谱仪中像面倾角的计算方式,实现了宽波段范围内的精确校正。 基于上述技术手段设计并实现了一个改进型Czerny-Turner成像光谱仪,该设备覆盖115至200纳米的波长范围。其焦距为48毫米,F数设定为5.0,在整个视场和全波段范围内调制传递函数(MTF)均超过0.7。此外,此设计还确保了在宽频谱上的分辨率达到了每纳米0.22纳米,并且成像面尺寸达到8毫米乘以7毫米。 这种设计方案可以适用于不同结构需求的成像光谱仪中。
  • 轻小可见及近红外实时
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    本研究针对轻小型可见及近红外实时成像光谱仪进行光学系统创新设计,旨在优化其体积、重量和性能,适用于环境监测、农业等领域。 为解决传统成像光谱仪难以实时获取光谱与图像信息的问题,设计了一款可见近红外宽谱段视频型成像光谱仪系统。该系统采用多狭缝分光技术对目标的光谱图像进行区域划分,替代传统的推帚式成像方式,实现大视场内的高维空间和时间分辨率采集。通过使用低色散光学玻璃及双胶合透镜来矫正宽谱段光学系统的像差。 前置望远物镜系统采用了复杂的双高斯结构设计,以达到小畸变效果,并确保不同视场狭缝处的能量均匀分布。为了同时获取高质量的实时视频监控和光谱信息,该系统利用分光棱镜将前置望远物镜形成的图像分为两路:一路直接由高分辨率全色相机接收;另一路由灰度相机通过进入分光系统来捕捉。 经过精心选择材料组合与光线路径优化设计后,采用三块棱镜作为主要的分光元件,并实现了理想的萤石-熔石英-萤石组合。这种配置不仅保证了良好的同轴性能,还提供了出色的色散线性度。光学系统的最终设计参数为400~1000 nm宽谱段范围、F数3.5以及前置望远物镜奈奎斯特频率处的调制传递函数(MTF)大于0.5,畸变小于0.1%,像面照度均匀性超过98%。整个系统的奈奎斯特频率处设计MTF值高于0.44,并且平均光谱分辨率达到了10 nm。
  • 谱分辨紫外Offner
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    本研究设计了一种基于Offner架构的高光谱分辨率紫外成像光谱仪,旨在优化光学系统以实现卓越的图像质量和高精度光谱分析能力。 紫外成像光谱仪是遥感探测仪器的重要组成部分之一,在机载和星载领域,遥感平台正逐步要求光谱仪在实现高分辨率的同时,设备趋于轻量化和小型化。针对紫外成像光谱仪的这些特点,我们研究了基于Offner结构的紫外成像光谱系统,并设计了一种工作波段为250~400 nm、狭缝长40 mm、光谱分辨率为0.3 nm的高分辨率紫外成像光谱仪。分析结果显示,在38.5 lp/mm处调制传递函数达到0.76以上,实现了接近衍射极限的优良成像质量;同时,该设计下的系统在像元尺寸10%以内控制了谱线弯曲和色畸变。 此外,我们在此基础上缩小了原Offner结构系统的体积,从而满足紫外遥感仪器小型化、轻量化的要求,并且易于加工及装调。这一设计方案符合机载和星载遥感应用的需求。
  • 初级软件(未完
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    这是一款专为初学者设计的光学薄膜系统模拟与优化工具,旨在帮助用户理解并掌握光学膜层的设计原理和方法。尽管目前该软件尚未完全开发完毕,但它已经具备了基本的功能模块,能够进行简单的膜系参数输入、模型构建以及初步性能分析。随着后续版本的不断迭代和完善,这款设计软件将为用户提供更加全面且强大的功能支持,助力光学领域的创新与研发工作。 光学膜系设计是光学工程中的一个重要领域,它涉及到光在薄膜层间的传播、反射、折射以及干涉等现象。初级的光学膜系设计软件为初学者或非专业人员提供了一种工具,帮助他们理解和实践基本的膜系设计概念。这个未完成的软件特别强调了其简单性,支持最多三种材料的膜层结构,并且没有层数限制,用户可以自定义所需的波长范围和入射角,这对于实验和理论学习都是十分实用的功能。 为了理解光学膜系设计的基本原理,我们需要知道光学膜通常用于改善镜头或镜子等组件的性能。通过在表面沉积不同材料的薄膜层,可以改变其反射率、透射率和偏振特性。这些特性主要由薄膜的厚度、折射率和消光系数决定。在设计过程中,我们通常会利用傅里叶变换法或矩阵方法来模拟光在多层膜间的传播,并计算总的反射和透射系数。 该软件的核心功能可能包括以下几个方面: 1. **材料选择**:提供几种常见的光学材料供用户选择,例如二氧化硅(SiO2)、氟化镁(MgF2)、氮化硅(Si3N4),这些材料具有不同的折射率和消光系数,适用于不同波长范围。 2. **层数设定**:无限制的层数设定意味着用户可以根据实际需求创建复杂的膜系结构,理论上可以构建无限多层的膜系。 3. **波长定义**:用户可以输入设计的波长范围,这通常包括可见光、红外或紫外区域。软件将计算在这些波长下的光学性能。 4. **入射角设置**:考虑到不同入射角度对反射和透射的影响,允许用户设定不同的入射角以适应各种应用条件。 5. **优化算法**:虽然未明确提及,但一个完整的膜系设计软件可能包含优化算法。通过调整各层膜的厚度来最小化或最大化某些光学参数(如反射率或透射率)是其功能之一。 6. **结果展示**:在完成设计后,以图表形式显示反射率、透射率等关键性能指标随波长变化的情况,便于用户分析和理解。 7. **源代码**:“光学设计软件的源代码”意味着该软件可能是一个开源项目。除了使用它外,用户还可以查看并修改其内部工作原理,这对于学习与改进非常有帮助。 在实际应用中,这样的软件可以帮助工程师实现特定的光学效果(如高反射镜、低反射镜或增透膜等)。对于初学者来说,这个平台提供了一个直观的方式去尝试设计不同的膜系,并加深对光学原理的理解。尽管该软件尚未完成,但它已经具备了进行基础光学膜系设计所需的基本元素,因此在学习和研究方面具有很高的价值。
  • TFCalc V3.5.6 软件
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    TFCalc V3.5.6是一款专业的光学薄膜膜系设计软件,提供全面的设计、分析和优化功能,广泛应用于光学研究与工业生产中。 众所周知的光学薄膜膜系设计软件来自美国,无需安装和密码狗,可以直接使用。
  • 基于全息变间距栅的极紫外
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    本文介绍了一种创新性的极紫外成像光谱仪光学系统的开发,采用全息变间距光栅技术,旨在提高光谱分辨率和观测效率。该设计对于空间物理与天文研究具有重要意义。 随着对太阳等离子体活动物理过程研究的深入发展,设计高性能太阳极紫外成像光谱仪变得越来越重要。一种有效的方法是应用变间距光栅技术。本段落提出了一种使用全息变间距光栅来设计太阳极紫外成像光谱仪的新方法:首先制定系统的初始光学结构;接着利用1stopt软件的全局优化算法,根据全息变间距光栅的光程差原理计算出具有较小像差的光栅;最后通过Zemax软件对整个系统进行建模与进一步优化。文中提供了一个具体的设计案例,设计出的工作范围为17至21纳米、视场宽度为2400角秒且空间分辨率为每像素0.6角秒和光谱分辨率为每像素0.00225纳米的太阳极紫外成像光谱仪。该仪器长度约为两米,并在所设定的工作波长范围内,其空间方向与光谱方向上的均方根半径以及截止频率范围内的调制传递函数都达到了要求的标准。
  • 软件.rar
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    本资源提供了一款创新性的膜系设计软件,旨在帮助科研人员及工程师高效完成光学薄膜的设计与分析工作。 YZ_FILM是一款用于膜系设计与分析的工具软件,其内置了一款操作简便且功能全面的膜系设计软件。 1) 拥有强大的优化能力,支持多种优化方法包括共扼梯度法、拟牛顿法、单纯形和遗传算法等; 2) 提供直观易用的操作界面以及简单的膜系分析工具,并可通过鼠标右键灵活操作; 3) 采用多文档编写模式,在同一窗口内可以同时编辑多个膜系设计; 4) 将膜系信息、目标设定、曲线显示结果及备注都置于同一个操作界面上,便于用户进行管理;即使打开多个膜系时也能方便地对每个单独的膜系相关界面进行操作。 5) 软件中的材料数据和膜系数据保存文件可以使用记事本等文本编辑器直接查看,确保了良好的兼容性; 6) 根据用户的特定需求,软件的功能及内容可做适当调整; 7) 用户在选择所需材料时既可以选择下拉菜单也可手动输入。
  • 折衍射结合的
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    本研究探讨了基于折衍射结合技术的新型成像光学系统的创新设计,旨在优化图像质量和减小设备尺寸。通过理论分析与实验验证相结合的方法,提出了若干具有实际应用价值的设计方案,并评估其性能优势及潜在应用场景。 折衍射混合成像光学系统设计及衍射光学(DOE)的设计。