成像系統
關注創建者：匿名 創建時間：2025-11-13
成像系統的視頻教程
使用 ASAP Path eXplorer 進行成像系統設計
在 ZEMAX 和 SOLIDWORKS 中設計的成像系統，通過鏡頭實體轉換器導入 ASAP，并使用 ASAP Script 界面和 Path eXplorer 進行分析。
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成像系統的實例教程
成像系統的主要功能是盡可能多地收集從每個物體點發出的光，并使這些光錐再次匯聚到像面，從而使每個物體點被統一映射到其在像面上的對應物。這類系統的性能通常是根據物點和像點之間的對應關系維持得如何來判斷的，眾所周知的理論限制是由衍射現象造成的：即使在一個光學系統中，根據幾何光學定律，將來自一個物點的所有光線準確地映射到一個單一的、數學上的像點，衍射也會導致該像點被抹成一個小的、但尺寸有限的斑點。這種衍射受限的情況是成像系統設計的典型目標，衍射受限的領域有一個球形波面。與球形波面的幾何偏差被稱為 "像差"，并使用不同的多項式基數來描述，以幫助量化其強度和形狀。畸變的存在會增加圖像點的涂抹，從而降低成像系統的質量。
展開 APX100桌面成像系統以其簡便的操作流程、強大的成像能力和高效的數據管理功能，成為現代研發工作的理想選擇。
本研究采用“First Time Right”方法生成受約束的初始系統，并運用PanDao制造鏈建模技術，從設計初期來量化制造因素。
1.簡介
當今成像系統的光學設計主要依賴于高效光線追跡與（局部或全局）優化算法。此類傳統設計方法通常需要豐富的經驗、直覺及頻繁的試錯迭代。值得關注的是，尋找合適的初始設計方案以進行后續適配與優化，已經被證明是一項艱巨的工作。為避免這一耗時流程，本次研究的目標是從既定規格與約束條件中直接生成多種優質的初始結構。此研究將會為光學設計師帶來兩大好處：其一，可以顯著加快設計周期；其二，通過各種生成的初始設計對系統候選結構進行更廣泛的搜索。
我們研發了一種自動化的“First Time Right’”（FTR）設計工具，可實現從零開始快速生成成像系統。FTR通過計算所有光學表面的系數，以確保各階像差[1,2]引起的圖像模糊最小化。尤為關鍵的是，該工具不僅會考慮透鏡規格需求，更會將實際約束條件（如光闌位置、尺寸限制、間距約束或后焦距限制等）納入考慮。
為何約束條件至關重要？智能手機攝像頭的鏡頭就是一個最具說服力的例證。若無約束限制，諸如f/1.5光圈、適配7.6×5.7 mm傳感器的5.5 mm焦距等典型規格的鏡頭，采用全球面透鏡設計就可輕松實現。然而，受限于手機內部嚴苛的長度約束，使用高非球面化透鏡就成為了必然選擇。下文將展示幾個FTR技術應用的案例，并將生成的光學設計結果與生產信息進行權重整合。為此，采用最新研發的PanDao軟件 [3-5]對給定光學設計進行制造鏈建模與優化（實現最低制造成本與風險）。
2.實際約束條件下初始結構的生成
盡管FTR方法能夠兼容折射式與反射式表面（包括球面、非球面及自由曲面形態），但本文將聚焦于全球面透鏡設計的自動生成。
展開 本研究采用“First Time Right”方法生成受約束的初始系統，并運用PanDao制造鏈建模技術，從設計初期來量化制造因素。
1.簡介
當今成像系統的光學設計主要依賴于高效光線追跡與（局部或全局）優化算法。此類傳統設計方法通常需要豐富的經驗、直覺及頻繁的試錯迭代。值得關注的是，尋找合適的初始設計方案以進行后續適配與優化，已經被證明是一項艱巨的工作。為避免這一耗時流程，本次研究的目標是從既定規格與約束條件中直接生成多種優質的初始結構。此研究將會為光學設計師帶來兩大好處：其一，可以顯著加快設計周期；其二，通過各種生成的初始設計對系統候選結構進行更廣泛的搜索。
我們研發了一種自動化的“First Time Right’”（FTR）設計工具，可實現從零開始快速生成成像系統。FTR通過計算所有光學表面的系數，以確保各階像差[1,2]引起的圖像模糊最小化。尤為關鍵的是，該工具不僅會考慮透鏡規格需求，更會將實際約束條件（如光闌位置、尺寸限制、間距約束或后焦距限制等）納入考慮。
為何約束條件至關重要？智能手機攝像頭的鏡頭就是一個最具說服力的例證。若無約束限制，諸如f/1.5光圈、適配7.6×5.7 mm傳感器的5.5 mm焦距等典型規格的鏡頭，采用全球面透鏡設計就可輕松實現。然而，受限于手機內部嚴苛的長度約束，使用高非球面化透鏡就成為了必然選擇。下文將展示幾個FTR技術應用的案例，并將生成的光學設計結果與生產信息進行權重整合。為此，采用最新研發的PanDao軟件 [3-5]對給定光學設計進行制造鏈建模與優化（實現最低制造成本與風險）。
2.實際約束條件下初始結構的生成
盡管FTR方法能夠兼容折射式與反射式表面（包括球面、非球面及自由曲面形態），但本文將聚焦于全球面透鏡設計的自動生成。
展開 成像系統（例如顯微鏡）的衍射極限分辨率可以通過不同方式表征。在本文中，我建議使用在 OpticStudio 中計算的點擴散函數 (PSF) 來客觀衡量這些成像系統的分辨率。文中介紹了重疊圖像（探測器）平面上兩個點的 PSF 的兩種方法。第一種方法使用多重結構編輯器，第二種方法使用圖像模擬工具。文中比較了這兩種方法，并討論了它們的優缺點。（聯系我們獲取文章附件）
簡介
成像系統的性能與其分辨率有關，但分辨率的定義各不相同。在超分辨率顯微鏡中，傅里葉環相關[1]用于評估分辨率。在衍射極限顯微鏡中，分辨率是用瑞利或斯派羅準則估算的[2]。在實踐中，這些系統的分辨率也可以用微粒測量，微粒選擇明顯小于預期分辨率，選定上述標準之一。這些微粒充當形成 PSF 的點發源，其尺寸給出了圖像分辨率的估計值，同樣，該尺寸根據其定義而變化。在本文中，我們使用 OpticStudio 中的 PSF 來更客觀地評估衍射極限成像系統的分辨率。
方法一：多重結構編輯器（相干成像）
顯微鏡設計
在整篇文章中，我使用了基于 TL4X-SAP 物鏡（4X，0.2 NA）和 TTL200 管鏡的顯微鏡設計，如圖1所示。這兩種透鏡都可由 THORLABS 網站以黑盒形式提供。
圖 1 - 由 THORLABS 的黑匣子元件組成的顯微鏡設計。放大倍數為 4X，數值孔徑 (NA) 為0.2。
我們使用“真實圖像高度”定義并指定了在 X 和 Y 半寬為6.656毫米的正方形上具有相等面積的五個視場，對應于物平面中的1.664毫米。視場由像面中具有2048x2048像素和13.312x13.312mm
2物理尺寸的科學 CMOS (sCMOS) 探測器進行建模。
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成像系統的相關專題、標簽、搜索
成像系統的最新內容
成像系統：由多片透鏡組合而成，負責將菲林片圖案放大成像，矯正像差與色差，控制投影畸變，確保圖案清晰規整。
04/OAS軟件仿真流程設置
? 模型構建
借助 OAS 軟件實體建模與輕量化 CAD 核心功能，構建投影燈完整三維模型，精準還原聚光透鏡組、菲林固定支架、成像鏡頭及外殼結構的幾何形貌與裝配關系。
較強的冷反射信號會直接淹沒目標信號，這是制冷型紅外成像系統特有的雜光效應。
04OAS軟件分析流程設置
? 模型構建
利用OAS軟件的精確建模功能，構建長波紅外熱成像鏡頭模型。該鏡頭的結構參數與表面特性是建模的基礎。
成像系統是光學的歷史基石之一，在廣泛的不同技術中有著大量的應用。因此，對成像中常用的透鏡系統進行性能分析是許多光學工程師的一項基本任務。為了幫助光學工程師完成這項工作，VirtualLab Fusion提供了許多強大的工具。
在這份簡報中，我們想特別強調用于分析場曲和畸變的工具。這兩個像差源于這樣一個事實，即大多數探測器是作為平面操作的，而透鏡則是將光線聚焦到一個曲線上。
摘要
鏡頭是成像系統設計的一個組成部分。因此，對任何光學工程師來說，能夠詳細分析它們的性能是至關重要的。一個眾所周知的不利影響是畸變，它導致光束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。在這個使用案例中，我們介紹了一個工具，以球面透鏡為例，研究這種效應。
畸變定義
畸變與主光線的球面像差相對應。它被定義為光線束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。
? 折超混合系統設計，適配輕量化成像需求
軟件的折超混合設計模塊支持傳統折射光學元件與超表面元件的混合建模與優化，為超薄成像系統提供靈活的設計方案。
OCAD：雙膠合透鏡初始設計13天前
有了系統的初始結構參數才能開始根據對系統的成像質量要求進行系統結構優化計算，最后獲得一個滿足使用要求的系統結果。
圖1.單透鏡初始數據
在對系統零部件根據、、C求解初始結構參數時，首先還要根據其、、C的負擔選取零部件結構形式，比如是單透鏡，還是膠合透鏡，還是多片復合透鏡。總之，最后都落實到單透鏡或雙膠合透鏡上，對于消色差系統，特別多的還是雙膠合透鏡上。
課程將系統進解如何對干涉儀、光譜儀等光學檢測系統進行高精度建模與性能評估:深入探討精密成像系統(如晶圓檢測、高NA鏡頭)的像質優化;并專門涵蓋顯微鏡系統(包括熒光、共聚焦及超分辨顯微技術)的完整物理光學仿真，以研究行射極限、三維成像特性及熒光處理等關鍵問題。通過結合理論講解與軟件實戰，學員將掌握從宏觀檢測到微觀成像的一體化軟件開發能力。
圖像模擬是一個很有效的評估成像系統的質量。
設置如下：
結果如下，顯示了圖像的模糊和畸變。
這是整個眼盒的光線的成像效果。
由于人類瞳孔的直徑約為2-8毫米，實際可見的模糊度將小于這個數字。
該團隊采用Zemax搭建仿真模型，對隨機掩模光柵的成像性能進行了系統驗證，為方案的可行性提供了精準的仿真數據支撐。
Zemax仿真模型搭建
團隊在Zemax中構建了模擬人眼的成像系統：采用直徑3mm、焦距23mm的理想透鏡模擬人眼光學系統，在光路中加入填充因子（PGS）為0.3的隨機掩模光柵，模擬實際應用中隨機掩模光柵對成像的影響。
<p><strong>引言</strong></p><p>火炮身管內壁的燒蝕、裂紋等疵病直接影響火炮使用安全性，Ф30~Ф85mm小口徑炮膛的檢測對設備的空間適配性、成像質量和三維測量能力提出嚴苛要求，而傳統內窺系統存在成像失真、適配性差、無法三維測量等痛點。
