引言
4Mt3<W5 由于水和空气的
折射率差异,平面潜水镜的放大率为1.3倍位,而水中的视角则只有大约60度。并且,其
成像效果严重受到垂轴色差(“色环”)和畸变的影响。对于水下作业应用(例如水下焊接),这些问题将导致难以协调手眼一致性,这是极其不希望看到的。因此,设计一款具有大视角(140度),单位放大率的潜水眼镜则可谓是一项令人称奇的非凡任务。在这份文档中,将会涉及这项任务的
光学设计问题,同时包含设计过程和结果。
;hT3N UCA 2F4<3k!& 产品目的
kWr1>})' Ø 协调水下作业手眼一致性
'uu*DgEr Ø 广视角
_XZ
Gj:V Ø 单位放大率
#Vk? 设计目标
&^`Wtd~g Ø 单位放大率
l2F#^=tp Ø 广角(从60度提升到160度)
pDS[ecx Ø 小尺寸(目标是小于60mm)
4C;;V m4~ Ø 小畸变
/~,*DH$) Ø 无垂轴色差(全可见光波段)
Cl0kR3Y Ø 低视度调节
wd`p> Ø 低双眼差异
hK?GIbRZ 起始
结构 <*5S7)]BP [2@:jLth=
M5I`i{Gw F_@B ` , 理想平板结构的折射光路(水中视场90度,眼睛视角140度)
x6cG'3&T }qWnn>h9xv
FGVw=G{r $ }/tlA&e 角放大率和畸变(45度
视场角放大率1.59)
t0e6iof^o [N,+mX
P^te 8a6.77c
=%U&$d|@G vu(
5s 色差(45度视场色差22分,人眼
分辨率约为1分)
}3lG'Y#Kpy Q>5f@aN 设计方案
DOWWG!mx Ø 柱面环绕式
J!Z6$VERy Ø 多面式
Cu@q*:' Ø 楔形面
dA<%4_WZty Ø 球形面
DuC#tDP ■ 单镜设计
h1~h&F? ■ 双镜设计
"`M~=RiI -r*|N.5c
`:&RB4Z U$2Em0HO} 像散&斗鸡眼
5(<O?#P ULK]' Rn
x-i,v"8 Sh#N5kgD 盲点
HzM\<YD #M!u';bZ
Q0xGd(\ `)cI^! 超级斗鸡眼
+2MF#{ tS X3sAy(q
j \rGU){
(1x8DVXNN 像散&斗鸡眼
lITd{E,+r K~#?Y,}O
/ /NV_^$y (rFkXK4^J 双镜设计
4A+g-{d b'pwRKpx (等视角,零畸变,无色差)
X>$Wf3 gw)z*3]~s
D2VYw<tEA 5&%M L 双镜设计基本结构
XoD:gf
T"99m^y 设计结果
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.qs {aA6b
KKpM=MZ Rir0^XqG 最终结构
T^!Q(`* 4Pr^>m
&&CrF~
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m{z= 视场
{ccc[G?>.Q 8b0j rt 性能指标
G9XkimQ' Ø 视场:140度(横向)X 90度(纵向)(水中和眼中)
ZC2aIJ Ø 畸变:0.03%(5%可接受)
Foq3==*p Ø 双眼会聚:12分(几度可接受)
;G`]`=s#Lq Ø 视场会聚度变化:1.14分(几分可接受)
2{RRaUoRb Ø 分辨率:多数视场小于1分(以6mm瞳孔计算)
9+ Mj$ Ø 色环:人眼无法分辨
4U\>TFO %UdE2 D'bC (原文链接:http://www.cybernet.sh.cn/solution/s64.html,来自莎益博
工程系统开发(上海)有限公司官方网站)