光学仿真设计技术在光散射和变焦成像中的应用

摘要

光学设计在军事、文化、医疗、天文、科教等方面有着极其重要的作用。近几十年来，光学仿真软件随着计算机技术的不断发展，展现出越来越强大的功能。目前，光学设计软件已成为光学设计工作者最有力的工具。利用光学仿真设计软件进行光学系统设计，不但缩短设计周期、扩展光学系统设计类型，而且能够设计出结构更简单、性能更高的光学系统。正是由于光学设计软件与数字计算机的使用，使得光学设计水平得以不断提高、效率不断增加。
　　 本文基于国家与江苏省多项科研基金，在学习光学仿真软件、查阅光学仿真设计技术的相关文献与资料，了解生物细胞的光散射原理、白细胞各向散射光特征、散射式生物细胞传感器类型的基础上，对课题组多维散射式生物细胞传感器专利进行分析研究并改良系统结构，将专利由理论转化为实际，制作出传感器实体并进行组装。利用KQ-03型尘埃粒子计数器的控制芯片作为传感器信号处理系统，通过实物标本进行实验验证。发现该传感器能够很好地检测样本的不同方向散射信号，且信号清晰、噪声低、测量准确、快速。此外，与企业合作，针对企业的枪械瞄准镜产品，利用CODEV光学设计软件进行结构分析。找出枪械瞄准镜的变倍过程中存在像差问题的原因。在不改变系统镜片总数的前提下，对系统重新设计优化，得到新的系统。对优化前后系统的调制传递函数(MTF)、线扩散函数、点扩散函数、波像差等几个重要参数进行对比，发现优化后系统性能有较大提升。
　　 本文利用光学仿真软件，对光学系统进行分析研究，从散射式生物细胞传感器的分析与制作到枪械瞄准镜系统的优化，均取得不错成果。前者为白细胞的分类与疾病诊断提供一项新的选择，同时也丰富了医疗诊断设施。后者为企业的产品生产与产品实现提供必要的保障，在增加产品良率的同时也缩短产品研制周期降低生产成本。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 光学设计的重要意义

1．2 光学设计发展与应用情况

1．2．1 典型光学系统

1．2．2 现代光学系统

1．3 本文的工作背景

1．4 本文的工作及成果

1．4．1 主要工作

1．4．2 主要创新点

1．5 本文的结构框架

第二章 光学仿真设计技术

2．1 光学设计的主要方法及分类

2．1．1 光学设计方法的数学描述

2．1．2 阻尼最小二乘法

2．1．3 适应法

2．2 光学仿真设计的主要应用软件特征

2．2．1 CODE V软件

2．2．2 ZEMAX软件

2．2．3 OSLO软件

2．3 CODE V软件的特征及操作

2．3．1 用户界面

2．3．2 基本操作与优化设计

2．4 本章小结

第三章 光散射式生物细胞传感器

3．1 光散射原理

3．1．1 光散射定义

3．1．2 Mie散射理论

3．1．3 白细胞光散射的识别

3．2 散射式相关传感器类型

3．2．1 前向小角度光散射传感器

3．2．2 多角度偏振散射传感器

3．2．3 后向光散射传感器

3．3 多维光学散射传感器介绍

3．4 多维光学散射传感器开发与应用

3．4．1 原理

3．4．2 结构与设计

3．4．3 实验测试

3．5 本章小结

第四章 光学仿真设计在枪械瞄准镜设计中的应用

4．1 连续变倍瞄准镜工作原理及其变焦系统

4．2 优化分析

4．2．1 问题分析

4．2．2 系统优化设计

4．3 优化效果分析

4．4 结论

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及其他成果