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2016 Zemax杯光学镜头应用设计大赛

英雄辈出!

2017 Zemax杯光学镜头应用设计大赛

时间:2016年9月8日

地点:深圳会展中心


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  光学技术是一门非常精湛的科技,它之所以诱人,之所以被很多人称道,源于这是一类结合了传统工艺和现在想法的东西。相机有千百种,但是经典的光学结构和设计就这么几个,因此,在有限的物理学定律中,不断提升和改良光学镜头的性能,缩小他们的体积,任何一个进步都可以说是百尺竿头更进一步的成就。 

  在镜头设计过程中,工程师会遇到两个指标的平衡——光学素质和镜头的体积,理论上越高画质的镜头,它的体积就庞大。因此大家看到的高级镜头外形普遍是非常威猛,重量也是非常惊人的。未来镜头发展的一个方向和汽车非常相似,就是在提供更好性能的情况下,尽量减少重量。

  一直以来,大家会认为镜头的发展是相对缓慢的。诚然,在物理学上还没有出现巨大突破的时候,我们并不能通过彻底改变镜头构造和原理来实现光学素质上的飞跃。但是随着机械精密加工的技术积累,在现阶段很多“微创新”从多个角度推动了镜头的发展。比如广泛应用在EF镜头上的丰富镀膜,特殊镜片和全新的STM驱动技术,因此我们有理由对目前这种聚沙成塔的镜头改良机制给予更多期待和认可。

目前光学镜头的应用日趋广泛,从我们常见的数码相机、手机镜头、车载镜头,到工业上的机器视觉检测,到其他特殊应用,例如:粒子测量、测量高精度彩色打印、半导体光罩测量、过滤器控制、血液分析及细胞数量计算、以及用于生物光子的显微光学切片断层成像技术等。光学还在当前热门的VR和AR领域起到决定性作用,未来全息技术一定是基于卓越的光学基础之上。可以想象,随着技术的进步和创新,光学镜头的设计和应用也迎来前所未有的发展浪潮。

为鼓励光学镜头产业的良性发展,推动产业创新进步,2016 Zemax杯光学镜头应用设计大赛即将拉开序幕,本次大赛设置评选、路演、颁奖等多个环节,旨在评选出最具创意、人气和革命性的产品和技术,并推动应用的发展12。

 

主办机构:

中国科学技术协会

中国光学学会

中国国际光电博览会(CIOE)

协办机构:

广东省光学学会

深圳市光学学会

承办机构:

深圳贺戎博闻展览有限公司


赞助商:

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战略合作媒体:

中国光电网LOGO

 

邀请参与企业和单位:

科研院所,高校,光学元件厂商、镀摸厂商、光学镜头厂商、手机厂商、机器视觉厂商、红外厂商、安防企业、工业镜头厂商、游戏企业、智能硬件企业、媒体等。

 


计划表

1、评选(2016.7-2016.8)

          评选出入围参展企业或个人作品,由 Zemax China 全程公正评选。

2、路演(2016.9.8)

         入围作品在CIOE现场进行路演,嘉宾现场打分,根据成绩评选出最佳设计奖、最具创意奖等奖项。

3、颁奖(2016.9.8

       进行现场嘉宾颁奖。

 最佳设计奖:由 Zemax China 独家颁发大赛获奖证书,Zemax 纪念 T-shirt,3000人民币奖金

 最具创意奖:由 Zemax China 独家颁发大赛获奖证书,Zemax 纪念 T-shirt,2000人民币奖金。

 入围奖:3 名,奖金各 1000 元。

 前 100 位的参赛报名者,提供50 元的电子券作为稿费(同一个组织机构限 3 人),参赛者的作品将会在社交网站和光学杂志上转载。

      4【后期服务】

   9 月 9 日之后,入围项目后续服务跟踪和对接,或成为 Zemax China 特聘顾问。


如何参赛 


  请从以下两个试题中选择一个,将您的参赛报名表+以及以.zmx 格式的作品,发送至:china@zemax.com 截止日期 2016 年 9 月 1 日。

  1. 最终解释权归 Zemax China 和 CIOE 主办方拥有。

  2. 每位参赛者需要在提交作品的同时提交一份参赛报名表:


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报名及参赛热线:
每位参赛作品发送到 china@zemax.com
Zemax China 徐小姐 021-62713200
CIOE 汪先生 0755-86290869

 

参赛题目 

题目1:设计 F/# <=4,焦距F=5.95定焦成像镜头

(以下试题由Zemax China提供,题目版权归Zemax公司所有) 

1.      定焦镜头,物距200mm

2.      有效焦距5.95mm

3.      CCD对角线尺寸(全)6.2mm.

4.      光谱范围 f,d,c光

5.      系统总长小于12.5mm,从第一片镜片前表面到CCD靶面距离。

6.      后焦距>3.5mm.

7.      畸变要求全视场<3%.

8.      在不同温度下使用-30摄氏度至65摄氏度,并且要求在这些温度下全视场MTF@145cycles/mm>0.35, MTF曲线自然平滑。

9.      镜片数量4-5片,材料为玻璃加塑料,玻璃必须为球面,塑料可以为非球面。

10.  玻璃材料:采用成都光明玻璃库。塑料材料不限,为常见光学塑料如:E48R,F52R,APL等等。

11.  光阑面放在第一片透镜上。


重点评价指标: 

1.      F/#<=4,指标越小越好。

2.      考虑到可加工性,如透镜中心厚度最小0.5mm,边缘厚度最小0.5mm,空气间隔最小0.1mm,不考虑双胶合。

3.      公差要求尽量低,光线走向等要平滑。

4.      场曲及色散要一定的控制,尽量控制在+-0.08mm范围内。

 

  该题目作为探索性题目,要求在满足其他的评价要求下,系统孔径做的尽可能大(F/#越低越好),另外有环境使用的要求(Zemax多重结构热分析),MTF要求相对来说也比较严格。

  设计者可以提供设计思路,并评价以上指标的合理性,根据自己的判断提供一个较为合理的设计结果,另外可以谈谈自己如何控制诸如色差,优化玻璃,场曲,色散及畸变等,这些都是加分项。

 

题目2:光谱流式细胞仪镜头

(以下试题由Zemax China提供,题目版权归Zemax公司所有)

场景假设

   你所在公司是一家著名的流式细胞仪(Flow Cytometry, 详见附录1.)生产商。主打产品为食品安全生物学方面的流式检测仪,例如检测乳制品中李斯特菌Listeria的抗体荧光。你们公司的常规产品会使用一系列的二向色镜(Dichroic)和滤光片(Filter),将荧光信号分入四个荧光通道,并用光电二极管(PMT)来监测。

  如今,免疫细胞分型(immunophenotyping) 成为流式细胞术最热门的应用领域。然而你们公司的现有产品不能满足该应用的需求,因为免疫细胞分型需要准确探测白血病、淋巴瘤等细胞上特定的抗原信息,这些又源于荧光信号构成的精确分析。由于四荧光通道对于该应用不充分,会导致不同的抗原信号重叠进入同一个通道,影响构成分析。

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  于是,公司研发部的经理想到了另一种监测荧光构成的方案:把收集到的荧光信号耦合进光纤,再用光谱仪来分析。如此一来,整个荧光信号的组成部分都能直接在CCD上以光谱的形式呈现。这项新的技术不再需要使用PMT,并且能够处理更加复杂的情况。该仪器被称为光谱流式细胞术(Spectral Flow Cytometry)。

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任务布置

  现在你们的CEO要求以最快速度开发光谱流式细胞仪以抢占市场,并且要求尽可能多地使用原有系统中的元件,包括一个5 x 5 x 25 mm的柱形硅基(fused silica)导流腔,它中心的通道尺寸为200 μm x 200 μm。该导流腔必须考虑进你的最终设计,并假设其中流动的液体为纯水。你们小组计划去借一台海洋光学Ocean Optics的UV-VIS光谱仪,来搭建原型机。你将会成为这个系统中用来采集荧光的光学镜头设计人。

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设计指标

  这个镜头会对放置在中心通道位置的200 μm x 200 μm的区域进行荧光采集,要求 1x的放大率。最终25um光斑直径的圈入能量 (encircled energy)需超过80%。但是考虑到加工公差的存在,则要求对于每一个视场,25um光斑直径的圈入能量均要大于90%。此外,这个镜头需采集至少30°全张角来自导流腔水中的光线,才能够确保细胞仪收集到足够多光信号。为了控制成本,这个镜头最多允许使用4片球面镜片,或者3片球面镜片外加一个非球表面;如果使用非球面,必须保证其可生产性。因为迅速打样的需求,镜片的材料选择只能从Optimax公司常备材料库中选择(http://www.optimaxsi.com/preferred-glass/) 

  从系统工程师处得知,有三种多模光纤可以很快购买到用以连接光谱仪,均是0.22 NA的,其直径分别为400 um, 600 um, 800um(任选一种)。最终耦合进光纤的能量损失不能超过10%。你们公司的市场部通过调研发现大多数客户需要采集的荧光波长在380 nm 到680 nm。


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  要求透射率在380 nm处大于80%,而在480 nm以上的波长透射率大于90%。镀膜团队认为,为了使得膜层效果发挥最佳,所有光线的入射角均必须小于45度,且目前可供选的镀膜只有¼波长MgF2一种。机械装配团队也提出了他们的要求。镜头到导流腔的距离至少需要5 mm,镜头后端到光纤的距离不得小于25 mm。且每片镜片边缘需要留出至少2 mm的口径余量,用以机械装配。


评估指标

  要求用Zemax进行设计。最终报告将提交给公司内的各个团队,你需要向他们证明所有技术要求均获得满足。所以除了提交Zemax文档之外,还需要配备一个表格,详细列出公司给出的镜头技术指标以及你最终镜头的实际设计值。

  本题最终打分的考量将从光学性能、可生产性、最终报告的可阅读性等方面进行。



附录1. 流式细胞仪 

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流式细胞仪 Flow cytometry 是用来分析单细胞物理属性的重要仪器。当细胞流经细管时,激光打在细胞上,便可以分析其散射、荧光等性质。该仪器在分子生物学、蛋白质工程、免疫学等方面有广泛而重要的运用。




   

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同期展会: 第十八届中国国际光电博览会(CIOE)

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