引言
Ef?_d] 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。
L`Qiu@ Aq";z.gi+ 产品目的
&VQwuO Ø 协调水下作业手眼一致性
rH-_L& Ø 广视角
j?.VJ^Ff/u Ø 单位放大率
Z ,T TI>P 设计目标
7L]fCw
p[ Ø 单位放大率
<Ft.{aNq$c Ø 广角(从60度提升到160度)
JH?[hb Ø 小尺寸(目标是小于60mm)
L[O+9Yh Ø 小畸变
aEL6-['( Ø 无垂轴色差(全可见光波段)
ueqR@i Ø 低视度调节
P@*whjPmo Ø 低双眼差异
vWj|[| <rX 起始
结构 QTP1u !{ )H
nR
,j1IUF Ad`;O+/; 理想平板结构的折射光路(水中视场90度,眼睛视角140度)
w>m/c1 H"n"Q:Yp
NB,iC
[e cFuvi^n\ 角放大率和畸变(45度
视场角放大率1.59)
=o5hD, >e U` bvv'38#
zIm$S/Qe* 5HJ6[.HO
?=
ulfGrY e`C'5`d] 色差(45度视场色差22分,人眼
分辨率约为1分)
~rKo5#D Q+uYr- 设计方案
IcaF4# Ø 柱面环绕式
;=_KLG < Ø 多面式
3RGVH, Ø 楔形面
G>H&M#7K Ø 球形面
/@% ■ 单镜设计
&z,w0FOre ■ 双镜设计
[81k4kU 1Z*-@%RX
tAaFIIvY RAxA H 像散&斗鸡眼
}_Jai4O D^f;dT;-
`Y$LXF~,Om
LqU]&AAh 盲点
RdvJA:;q ]@Zj-n8
g*!2.P s>_n e0 超级斗鸡眼
"Tfb d^AU &@{Ba~S
8)M .W +:oHI[1HG 像散&斗鸡眼
x{IOn;>R )Ax1?Nx$
xe%+Yb] wUl}x)xo 双镜设计
L,\ Yj b vUYLWzS (等视角,零畸变,无色差)
=Y
/ 8Zwq:lV Q
DBVe69/S $|sRj!F 双镜设计基本结构
C8aYg syV&Ds) 设计结果
1C'lT,twl &]uhPx/
|'1[\<MM3 r;}kw(ukC 最终结构
~Kt.%K5lgt ;|}6\=(
op[OB= m#DC;(Pn 视场
<Gs)~T#' #*?5 性能指标
`2Ff2D^ ? Ø 视场:140度(横向)X 90度(纵向)(水中和眼中)
aBol9`6 Ø 畸变:0.03%(5%可接受)
%mh
K1, Ø 双眼会聚:12分(几度可接受)
6g( 2O[n. Ø 视场会聚度变化:1.14分(几分可接受)
Q%q_ Ø 分辨率:多数视场小于1分(以6mm瞳孔计算)
yO$]9 Ø 色环:人眼无法分辨
~#@sZ0/< 0xZq?9a (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)