折衍混合单透镜替代双胶合望远物镜的设计研究

提出了一种用以替代双胶合望远物镜的折衍混合单透镜的设计方法，由于一般望远物镜相对较大、视场较小，故其球差和色关功效大，校正要求高，而与视场有关的像差本身较小。通过分析初级像差，本文研究了折衍混合单透镜的折射器件（基底）选型、初始结构设计及消色差和球差的方法，仅采用一种玻璃材料Ｋ９，设计的折射混合透镜具有与原传统结构相当的色差和降低了约一半的单色像差，能成功地取代传统双胶合物镜；展示了折衍混合结构在     

3.7 μm～4.8 μm波段折/衍混合红外光学系统的无热化设计

研究了混合式红外光学系统的光学无热化设计方法,在设计中引入了热差互补的设计思想,将无热化应满足的设计方程作为CODEⅤ中优化的约束条件,设计出工作于3.7 μm～4.8 μm波段、F/#为2、视场角为±5°、焦距为70 mm的具有100%冷屏效率的折/衍混合式消热差物镜.该系统在-40 ℃～60 ℃温度范围内成像质量接近衍射极限,可供像元大小为15 μm的高分辨率致冷型凝视焦平面探测器使用.     

折/衍混合长波红外凝视成像系统的杂散光分析

对含有一个用金刚石车削技术制作的衍射光学元件(DOE)的折/衍混合长波红外(LWIR)凝视成像系统进行了杂散光分析.利用LightTools软件对DOE的不同衍射级次、光学表面多次反射、镜筒内壁反射等主要杂散光源进行了模拟和分析,对6种二次反射的模拟结果表明,对归一化的光源,理想光路的像面辐照度为100 W/mm2,每种二次反射会给像面带来0.01 W/mm2的辐照度;反射率为10%的镜筒内壁给像面带来的辐照度为0.01 W/mm2.利用该LWIR凝视成像光学系统进行了相关实验,实验结果证明了上述分析的正确性,表明该项分析有利于对LWIR凝视成像系统光学性能的进一步理解和杂散光的抑制.     

折衍混合复消色差望远物镜设计的PWC方法

将衍射结构视为折射率无限大的薄透镜,研究了衍射透镜高折射率表示的折衍混合复消色差望远物镜设计的PWC方法;设计了焦距为2000mm、相对孔径为1/15的双片型折衍混合复消色差望远物镜,并与常规三片型纯折射复消色差望远物镜进行了比较,结果表明双片型折衍混合复消色差望远物镜具有更好的二级光谱校正能力,色球差更小,因此具有更好的成像质量.     

折/衍混合的红外双视场光学系统设计

为了实现红外双视场光学系统两个视场间的快速切换,同时满足便携式及易安装的需求,设计了一种轻量化的折/衍混合红外双视场光学系统.系统采用折/衍混合和二次成像光学结构,利用光学设计软件对系统进行优化,评价了系统的像质,分析了系统温度补偿问题并给出其温度调焦曲线.系统工作波长为3.7～4.8 μm,能实现120 mm/60 mm两档焦距变换.设计结果表明,冷光阑效率达到100%,在探测器的Nyquist频率33 lp/mm处,轴外视场光学系统的调制传递函数大于0.3,系统光学总长为200 mm.整个系统包括7块透镜,只需移动一片透镜就能完成双视场的转换,结构简单,实现了轻量化和高质量成像.     

折/衍混合的红外双视场光学系统设计

为了实现红外双视场光学系统两个视场间的快速切换,同时满足便携式及易安装的需求,设计了一种轻量化的折/衍混合红外双视场光学系统.系统采用折/衍混合和二次成像光学结构,利用光学设计软件对系统进行优化,评价了系统的像质,分析了系统温度补偿问题并给出其温度调焦曲线.系统工作波长为3.7～4.8μm,能实现120mm/60mm两档焦距变换.设计结果表明,冷光阑效率达到100%,在探测器的Nyquist频率33lp/mm处,轴外视场光学系统的调制传递函数大于0.3,系统光学总长为200mm.整个系统包括7块透镜,只需移动一片透镜就能完成双视场的转换,结构简单,实现了轻量化和高质量成像.     

红外折衍混合摄远光学系统无热化设计

为了提高远距离红外目标的探测能力,针对640 pixel×512 pixel红外CCD探测器,分析温度变化对光学系统的影响,设计出一种波长范围为8 μm~12 μm红外摄远物镜。系统采用折衍混合结构形式,焦距为200 mm,相对孔径为1:2.2,视场角为7°,具有体积小,结构紧凑的优点。仅使用硫化锌、硒化锌和锗3种材料以及4片透镜实现了无热化设计。应用Zemax对设计结果进行像质评价,在-40 ℃~+60 ℃工作温度范围内,截止频率为17 lp/mm时各视场调制传递函数值超过0.4,达到衍射极限,像面稳定,80%的能量集中在1个像元内,满足光学系统的设计要求。     

紧凑型8～12 μm波段折/衍混合双位置两档变焦光学系统设计

设计了工作于8～12 μm波段的折/衍混合双位置两档变焦光学系统.该系统变焦过程中相对孔径保持不变,F/#为1.7,系统变倍比为3.75∶1.大视场角为19.2°,有效焦距33 mm,用于在大范围内搜索目标;小视场角为5.1°,有效焦距125 mm,用于对目标进行具体分析.系统采用锗和硒化锌两种材料,为四片镜结构,仅通过两片透镜的轴向移动便可完成两个视场的切换.系统中引入二元面和高次非球面,使系统结构简化,并极大地提高了成像质量.该系统适用于像元尺寸20 μm的非致冷式面阵探测器,可广泛应用于军事扫描成像和红外前视系统中.     

新型长波红外折衍混合消热差系统

为了提高大靶面高分辨率光学系统的性能,基于衍射元件独特的温度特性以及热补偿理论,设计了工作波段为8~12μm、视场角为16°、F/#为1.9、后工作距为133 mm的新型折衍混合消热差系统.系统采用三片式结构,使用锗和硒化锌两种常用的红外材料,仅引入一个二次非球面和一个衍射面,使系统具有结构简单、体积小、重量轻、成本低等优点.实验结果表明:系统在较大视场内成像质量接近衍射极限,且在-30℃～70℃温度范围内性能稳定,适用于像元尺寸为35μm,像元数为640×480的现代非制冷型焦平面阵列探测器,从而实现了消热差设计.     

偏轴非球面红外光学系统的自动设计

本文给出了矢量形式的折、反射定律的完整表达式. 推导了解析形式的球面、非球面、柱面、平面以及折射和反射通用的间光线追迹公式, 处理了非同轴系统. 目前国内外采用的Fder 公式[1], , 相当于本文公式组的一个特殊情况—共轴球面系统. 此外, 使用本文的公式组, 能自动排除Feder 公式中可能出现的光线与曲面的不正确交点。五年来的实践证明, 本文的公式组使用方便, 精度较高, 是值得推广的. 应用上述公式组, 以点列图作系统评价函数, 用阻尼最小二乘法自动设计了偏轴球面折、反射系统和非球面双反射系统, 效果较好. 此外, 还推导了光束截面最小的位置, 以便安放红 外探测器. 关键词：     

红外光纤与PbS红外探测器耦合研究

本文以红外光纤与PbS红外探测器相耦合,构成“带尾钎”的新型组合件。基于光纤波导可绕曲性使红外探测器在红外系统中的位置有更多的随意性和灵活性,并能有效减小杂散光的干扰,改善系统的信噪比。     

衍射光学元件衍射效率影响混合光学系统性能的一种分析方法

本文从衍射光学元件的衍射效率入手,详细地分析了衍射光学元件衍射效率同混合光学系统光学传递函数的关系,并通过一个实际例子对所分析的结果进行了深入讨论.     

稳像光学系统设计

重点沦述光学稳像的光学原理,并引用具体的平面反射镜作为光学补偿元件(也就是光稳元件)的稳像方式加以阐述,由此导出倒像系统和正像系统达到相对稳像和绝对隐像时补偿角与扰动角之间的关系式。论述采用会聚光路稳像时由棱镜的微量转动而达到绝对稳像时棱镜转动中心的求法。论述光稳元件兼作转像棱镜时光稳元件的有效孔径与转功中心和棱镜位置的关系。     

发射光学系统分析

 采用矩阵光学方法导出了发射光学系统的传输变换矩阵和具有两级扩束系统的发射系统的调焦公式,研究了输入激光不是平行光时远场焦点位置的变化和一级扩束系统焦距变化对系统焦距的影响。     

失调望远镜型激光发射系统设计方法的研究

用高斯光束ｑ参数变化法设计失调望远镜型激光发射系统的数学模型，并运用计算机模拟设计软件设计出一种可省去内调焦镜的激光发射系统。     

基于眼模型的折/衍混合眼底相机设计

本文应用二元衍射光学理论,设计了一个基于Gullstrand-Le Grand眼光学模型的折/衍混合免散瞳手持式数字眼底相机。该相机的视场角28°,摄影系统由五片透镜构成,其中包含一个二元面,在综合考虑人眼本身和外部系统的像差后,实现了全视场200万像素的高清晰成像。而且,具有较大调焦能力,对-10D至7D屈光度人眼普遍适用。结果显示,该系统成像分辨率高于120lp/mm,场曲值小于0.75mm,畸变仅为7.0%。同时,衍射光学元件的引入,有效地简化了系统,减小了重量和体积。     

一种可视化DSC装置的设计与校准

设计研制了一种具有可视化功能的差示扫描量热装置,简称可视化DSC装置。该可视化DSC装置能够在差示扫描测量的同时,通过配套使用的显微镜摄像系统对测试样品的微观结构变化进行观察并记录。采用纯水为标准物质,对可视化DSC装置的温度测量与热量测量分别进行了校准,结果表明具有较高的测量稳定性。该可视化DSC装置能同时提供测试样品的热效应数据和微观结构的图像数据,提高了数据获取的同步性与测量结果的准确性。     

光学仪器结构设计的CAD系统

本文介绍了在AutoCAD软体平台上用AutoLISP语言开发集参数化二维图形设计和有限元建模为一体的光学仪器结构设计CAD系统的方法。标准零件在数据库中以参数化图块的形式存储,典型部件则采用参数化拼解法以图形文件的形式存储,整个数据库服从树状结构。     

红外光纤测温仪光学系统设计原理

介绍红外光纤测温仪光学系统的设计原理,指出在测温仪中严格限制红外视场来消除杂散辐射的干扰可使温度测量值不随被测目标距离的改变而变化。