引言
T:n^$RiT 由于水和空气的
折射率差异,平面潜水镜的放大率为1.3倍位,而水中的视角则只有大约60度。并且,其
成像效果严重受到垂轴色差(“色环”)和畸变的影响。对于水下作业应用(例如水下焊接),这些问题将导致难以协调手眼一致性,这是极其不希望看到的。因此,设计一款具有大视角(140度),单位放大率的潜水眼镜则可谓是一项令人称奇的非凡任务。在这份文档中,将会涉及这项任务的
光学设计问题,同时包含设计过程和结果。
0#nXxkw 4Lq]yUj 产品目的
PvCE}bY{} Ø 协调水下作业手眼一致性
I:7,CV Ø 广视角
H~K2`Cr)4 Ø 单位放大率
x%7x^]$ 设计目标
]b$,.t5 Ø 单位放大率
~
a&j4E Ø 广角(从60度提升到160度)
Yx/~8K_%M? Ø 小尺寸(目标是小于60mm)
'bO? =+c Ø 小畸变
J4^cd Ø 无垂轴色差(全可见光波段)
;lt;]7 Ø 低视度调节
At|tk Ø 低双眼差异
^0~1/ PhOw 起始
结构 a5S/
O;ry /Bu5kBC
e;3 (, ?m^7O_1 理想平板结构的折射光路(水中视场90度,眼睛视角140度)
^aoLry&i= >#|Q,hVU5
e-meUf9 u^[v{hv'H 角放大率和畸变(45度
视场角放大率1.59)
|0 %UM} mMWNUkDq
$B/cj^3 1mM52q.R4
]TOY_K8"z# D:,<9 %A 色差(45度视场色差22分,人眼
分辨率约为1分)
bGa":|}F A1;t60z+q> 设计方案
#| Po&yu4R Ø 柱面环绕式
A*i_-;W) Ø 多面式
zvj >KF|y Ø 楔形面
J[AgOUc Ø 球形面
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e.p0[ ■ 单镜设计
%>z}P&Yz ■ 双镜设计
;zG|llX GTvb^+6
y}`%I&]n Ymvd=F 像散&斗鸡眼
bhYaG i0 4v
.6_ebL
1vb0G;a;| D1k] 盲点
$!@f{9+ &YMj\KmlSg
ii scm\ eu;^h3u;b 超级斗鸡眼
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^ j7pF.j ~Sq >c3Wn 像散&斗鸡眼
2{N0. |5 v~3q4P
Az[z} r4 'r
CR8>k 双镜设计
q?\D9aT9 yAe}O#dy (等视角,零畸变,无色差)
{n'}S( yfrgYA
@ XMC$s b"b!&u 双镜设计基本结构
@<L.#gtP cs)hq4-L` 设计结果
7Jk.U=vY 3t'K@W?AJh
kE}?"<l %LyB~X 最终结构
WRCi! VM`."un]
aHw VoT <U*d
视场
s0SB!-Vjm B!0[LlF+ 性能指标
-}s?!Pg> Ø 视场:140度(横向)X 90度(纵向)(水中和眼中)
Aj_}B. Ø 畸变:0.03%(5%可接受)
!=pemLvH Ø 双眼会聚:12分(几度可接受)
p[Es4S}N Ø 视场会聚度变化:1.14分(几分可接受)
(TPD!= Ø 分辨率:多数视场小于1分(以6mm瞳孔计算)
2bmppDk Ø 色环:人眼无法分辨
l_WY];a )I@iW\`7 (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)