偏心和倾斜光学系统初级象差理论的研究

在共轴光学系统波象差的基础上,推导出了光学元件的偏心和倾斜分别对主要象差的影响.得出了除了球差外,每一种象差由于偏心和倾斜都引入了它同种类的象差;小量的偏心和倾斜并不改变系统的球差的结论;如果球差并不为零,将会产生与象高无关的彗差,即轴向彗差等等.     

梯度折射率单透镜的设计

已经设计了一种具有径向梯度折射率函数分布的单片摄影透镜。一个相对孔径为f/6.3,半视场角为25度的单透镜校正了球差、彗差、予午与弧矢场曲。这些象差是指总的,而不是三级、五级等。该透镜的性能是与相对孔径为f/11、采用均匀介质的、具有最佳设计的同类型式的单透镜相当。     

宽视场大相对孔径高光谱成像仪光学系统设计

宽视场大相对孔径高光谱成像仪已成为航空海洋水色遥感等领域的应用需求。根据宽视场和大相对孔径的研究目标,采用离轴Schwarzschild望远成像系统和改进型Dyson光谱成像系统匹配的结构型式,设计了一个视场为40°、相对孔径为1/1.8、工作波段为0.35~1.05μm的航空遥感高光谱成像仪光学系统。基于像差理论,分析了改进型Dyson光谱成像系统球差校正原理,运用光学设计软件Zemax对高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹和优化,并对设计结果进行了分析。分析结果表明,设计的光学系统在各个波长的光学传递函数均不小于0.82,谱线弯曲和谱带弯曲均小于像元尺寸的5%。这便于光谱和辐射定标,完全满足设计指标要求,且系统体积小、重量轻,适合于航空遥感应用。     

改善照相物镜轴外象质的探讨

有一些结构型式简单的光学镜头,它们的孔径较大,有着优良的轴上象质,但由于结构型式上无法较正轴外象差,因此视场很小,使用受到限制。本文提出一种改善轴外象质的设想,即在光路中任意加进称之为“视场校正器”的一片或两片单透镜,它对原来镜头的光学性能和轴上象质毫无影响,但是却能使轴外象质得到明显改善。文章对这种视场校正器的光学参数、象差特点进行了讨论,并以f′=100毫米,D/f′=1/4和f′=72毫米,D/f′=1/2两个镜头为例,具体说明视场校正器的应用,当加进视场校正器后,镜头视场可以扩大到原来的1.5—2倍。     

《应用光学》一九八九年总目录

续迷军用桅杆式光电观测装置4,1光学设计 ,曰,几00‘1,.1叮‘ .,.口.自口.,.,,占1山1占2心乙2,12 八U妇0,二比叨斤‘llj任00嘴l孙孙衍孙如如幻1 4 9 1116衍孙孙匀匀价中心偏差对OTF下降量的关系式用特征函数研究轴外点细光束通过球面成象论赛德象差理论的有效范围及其扩展有效范围的可能性本征五级、七级球差系数及各级球差系数与各级球差的关系用编码非相干扩展光源实现相幅转换傅立叶变换镜头的象差计算程序便携式红外热量漏失探测仪设计原理高折射率厚透镜在均匀介质中焦点位置的正确计算方法衍生五级、七级球差系数及其特性象移、位相…     

离轴抛物面反射镜的成象特性

抛物面反射镜具有无球差的特点,但彗差严重,有中心遮拦。为了避免轴对称抛物面反射镜的中心遮拦,发展了离轴抛物面反射镜。离轴引起了象面倾斜。本文在分析离轴抛物面反射镜成象特性的基础上,介绍一种确定最佳象面的方法,给出相应的光阑位置和实际象高的计算公式。文中还举例说明这种方法的适用性和公式的使用。     

提高离轴三反射镜系统成像质量的途径

介绍了离轴三反射镜系统的设计方法 ,即在共轴三反射镜系统求得初始结构参数的基础上 ,将光阑置于第一面 ,适当离轴 ,在避免中心遮拦后再对系统进行优化。利用具有高次非球面项的镜面 ,并对镜面实施离轴、倾斜 ,这都能有效地提高离轴三反镜系统的成像质量。例举了一个大相对孔径、大视场角和一个相对孔径不大、视场角较小的离轴三反射镜系统作为设计的实例。通过对镜面加高次非球面系数、离轴量、倾斜量并进行优化 ,得到了成像质量良好 ,系统的总长度较小的结构     

折反式微光夜视物镜的光学设计

介绍一种长焦距、大相对孔径微光夜视物镜的光学设计。设计参数为焦距100 mm,相对孔径1/1.4,视场10。为增大视距,减小物镜尺寸和质量,并且满足在宽光谱范围消色差的要求,选择均为球面的折反式物镜结构,在相同焦距和相对孔径的条件下折反式系统比折射系统尺寸更小,质量更轻。在设计过程中引入曼金反射镜,增加设计自由度。经优化设计达到较好的成像质量,空间频率在50 lp/mm时,轴上传递函数大于0.4,轴外传递函数大于0.2,与像增强器极限分辨率相匹配,全视场畸变小于2 %,物镜总长达到67 mm。     

用于成像光谱仪的宽视场离轴三反望远镜设计

大相对孔径宽视场成像光谱仪已成航天、航空遥感的迫切需求,要求其望远镜具有大相对孔径、宽视场和像方远心、成像质量高等特点.以同轴三反望远镜的几何成像理论为基础,研究了大相对孔径、宽视场远心离轴三反望远镜的光学设计问题,并且编制了初始结构计算程序.采用视场离轴方式设计了一个波段范围200～1 000nm,焦距210mm,相对孔径1∶2.5,线视场14°的远心离轴三反望远镜,主镜和三镜为6次非球面,次镜为二次曲面.点列图直径的均方根值小于16μm,80%的能量集中在一个像元以内,在奈奎斯特空间频率22.2lp/mm处,调制传递函数大于0.75,畸变小于0.2%,各项指标均满足应用要求.     

大孔径折反射光学系统研究

本文介绍了一种大孔径折反射光学系统,该系统采用同心结构型式,象面是弯曲的,当相对孔径为1:0.8,全视场角为40°时,象面最大弥散均方值直径为 0.013 mm,对于80lp/mm的特征频率,其调制传递函数在0.4以上。     

双谱段全景电晕探测光学系统

为扩大电晕系统探测范围、提高实时探测能力,采用折反射全景结构建立了一种新型双谱段("日盲"紫外/可见光)电晕探测系统.介绍了双谱段折反射全景电晕探测系统工作原理,并根据系统要求确定了镜组结构及子系统光学参量.在分析折反射全景系统像差特性的基础上,研究了折、反射子光学系统间像差补偿及照度均匀性改善方法.完成了视场角为360°×(45°～90°)、相对孔径1∶2的双谱段全景电晕探测光学系统设计.分析结果表明:"日盲"紫外全景系统各视场能量集中度100%弥散圆直径均小于紫外ICCD像元尺寸30μm;可见光紫外全景系统各视场MTF0.5@83lp/mm.像面照度均匀性优于99.8%;满足了大视场,大相对孔径及高均匀性像面照度等电晕探测需求.     

宽视场航空高光谱成像仪光学系统设计

宽视场大相对孔径航空高光谱成像仪已成为航空海洋水色遥感等领域的迫切需求,根据宽视场和大相对孔径的研究目标,采用离轴两镜消像散望远镜和改进型Offner光谱仪匹配的结构型式,设计了一个视场40°、相对孔径1/2.2、工作波段0.4~1.0μm的航空高光谱成像仪光学系统,在传统Offner光谱仪中插入同心弯月透镜来提高Offner光谱仪的相对孔径和成像质量.运用光学设计软件ZEMAX对高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹和优化设计,并对设计结构进行了分析.结果表明:光学系统各个波长的光学传递函数在奈奎斯特频率28lp/mm处均达到0.67以上,谱线弯曲和谱带弯曲均小于6.5%像元,便于光谱和辐射定标,完全满足设计指标要求,且体积小、重量轻,适合航空遥感应用.     

基于ZEMAX软件的DLP微型投影镜头的设计

 利用ZEMAX光学软件设计出了一款适用于0.55″单片DLP微型投影机的广角数字微型投影镜头。镜头结构由6组8片镜片组成,具有结构简单、体形小、易加工、成本低等特点。镜头的有效焦距为8.25 mm,相对孔径为1/2.2,全视场角为80.5°,最大口径小于24 mm,光学总长控制在40 mm,后工作距离为24 mm。镜头有较好的成像质量,在镜头的分辨率66 lp/mm处,所有视场的MTF值均大于0.45,全视场畸变量的绝对值小于0.7%,垂轴色差小于0.5个像元大小。     

非球面条纹扫描式剪切干涉检验法

本文论述用横向剪切干涉仪精确测量光学非球面波象差的方法。用计算机控制干涉相位测量技术,可进行高精度的检测和实时数据分析。本系统主要由有平行平板的横向剪切干涉仪、压电式驱动反射镜、象探测器和具有图象显示的微处理机组成。剪切干涉仪产生与波面导数相应的条纹图,用条纹扫描方法进行分析。对所得数据积分,便可求出波象差。对相对孔径为f/4的非球条面反射镜进行测量,测量精度为1/32λ均方根。     

双齐明面透镜

<正> 在光学设计中单个透镜是非常有用的,设计人员常常利用单透镜来进行光学系统的象差校正。例如,在显微物镜设计中所采用的单个消球差透镜,斯米特校正板,马克苏托夫弯月镜以及同心透镜等均属此类单透镜。单个消球差透镜虽然使高斯焦点位置有移动,但是却因光束孔径角大大减小,并且其象点没有球差和彗差而提高了显微物镜数值孔径。斯米特校正板和马克苏托夫弯月镜放在平行光路中用来补偿光学系统的球差和彗差。同心透镜位于会聚或发散光路中,主要用来控制子午场曲。本文提出一种双齐明面透镜,同样也是在会聚或发     

大视场大相对孔径斜轴离轴三反望远镜的光学设计

推导了离轴三反光学系统的线性像散平衡条件,在此基础上采用倾斜母镜光轴的方法设计了大相对孔径时大视场像散校正的斜轴离轴三反光学系统.系统视场为5°×5°,相对口径为1/3.1,口径为250mm,波段为400～2 500nm.将该系统与相同光学参数的共轴二次非球面离轴三反系统和共轴高阶偶次非球面离轴三反系统进行对比.结果表明斜轴离轴三反光学系统所有视场的光学传递函数在17lp/mm处均大于0.73,由于反射面采用圆锥曲面,其在偏轴视场成像质量方面有明显优势.对斜轴离轴三反光学系统的加工与装调进行了分析,其公差较为宽松,验证了其结构实现的可行性.     

20倍双组联动变焦距光学系统设计

针对双组联动变焦距系统结构复杂的特点,对其设计过程进行了梳理。在此基础上编制了可视化辅助设计软件,该软件具有高斯解计算、变倍补偿曲线绘制、像差与外形尺寸分析、相对孔径图输出等功能。使用该软件可以方便地完成双组联动变焦系统高斯解的合理选择,并给出各组元承担相对孔径及其变化情况,辅助进行初始结构的确定。利用该辅助设计软件,对一套焦距25~500 mm的20倍可见光波段双组联动连续变焦距系统进行了初始结构设计,并通过整体优化使系统像差得到校正。设计结果系统光学总长478 mm,各焦距位置在50 lp/mm处轴上视场调制传递函数(MTF)大于0.6,边缘视场MTF大于0.4,各项指标满足系统要求。     

三级球差对三维非相干光学传递函数的影响

推导出存在三级球差情况下的三维非相(?)光学传递函数表达式。传递函数归一化表达式数值上适合于各种球差。得出球差的影响强烈地取决于纵向空间频率。而且依据归一化传递函数推导出了特性判据——结构特征量参数。取决于球差的结构参数在不超出2个波长(2λ)的象差范周内与柯西曲线完全吻合。     

高级象差理论

本文的主要目的在以近似方法讨论高级象差特性。首先由对称性讨论了二级象差的独立象差数,近似讨论了象差的几何意义,再由坐标变换的观点导出了光栏移动时象差变化的规律。由Fermat原理和同一光线可看作是各不同点发出的观点导出了物体移动时象差变化的规律。由于运用Fermat原理,所得的结果实际上是略去初级象差影响后的近似结果,因此表示式相当简单。然后我们把象差产生的原因分为二类。其一称作是本徵的,是入射光束无象差时必然产生的象差,用象差看作球差的观点导出了它们的表示式,结果表明,高级球差和本徵轴外球差是象差产生的原因,并导出了各种象差同时产生的状况。象差的另一类称作是衍生的,它们是由入射光线原有象差引起的初级象差差异,由初级象差理论即可得出它们的表示式。这一些高级象差的规律和近似表示可作为评断象差产生原因的半定量依据。最后,用Fermat原理讨论了高级色差问题,并说明Fermat原理之所以可在高级象差理论中应用的理由及不致误差过大的应用范围。     

ICF用Kirkpatrick-Baez型显微镜光学设计

 提出了直接针对惯性约束聚变（ICF）诊断目标的X射线Kirkpatrick-Baez型显微镜的像差校正和光学设计方法。在校正掠入射细光束像散的基础上,推导了内爆压缩区全视场范围内的垂轴像差表达式,进而构建了系统的空间分辨率预测模型。基于对空间分辨率和集光立体角两个关键指标的分析,结合ICF的实验要求,得到了系统的初始结构参数确定原则和光学设计流程。实例表明,该方法克服了传统的轴上球差评价的不足,设计结果能够同时满足内爆压缩区的视场、分辨率和集光效率的要求。