350mm口径透射式宽光谱复消色差光学系统设计

为了在室内检测光电测试设备在某种工况下的瞄准线稳定精度、稳定器稳定精度等指标,需通过平行光管来提供无穷远目标。设计指标要求为:采用透射式结构,工作波段400～700nm,D=350mm,焦距为2.8m,视场角为3.5°,全视场内实现复消色差。设计采用柯克三片分离式透镜作为初始结构形式,根据宽光谱复消色差理论,选取玻璃材料,利用校正光学系统色差与二级光谱的条件计算各片透镜的光焦度,求解光学系统初始结构;根据大口径宽光谱平行光管像差要求,引入色球差参数以及消二级光谱参数进行优化,通过玻璃材料匹配,实现复消色差。设计结果:在不引入非球面的情况下,系统接近理论衍射极限,全视场波像差RMS值均优于λ/22,全视场内实现了复消色差,满足设计指标要求。     

人眼视网膜成像液晶自适应光学系统的优化设计

针对已有的人眼视网膜成像液晶自适应光学系统的不足,提出了新的优化设计方案.新设计的系统能对不同视度下的人眼进行高分辨率成像.新系统还采用了瞳孔监控装置和成像区域快速精确定位装置,并且采用了改进的消杂散光方法,能够使探测准确度和定位准确度得到保证.研究证明,该系统新的设计方案操作方便、灵活,便于推广使用.     

人眼视网膜成像液晶自适应光学系统的优化设计

针对已有的人眼视网膜成像液晶自适应光学系统的不足,提出了新的优化设计方案.新设计的系统能对不同视度下的人眼进行高分辨率成像.新系统还采用了瞳孔监控装置和成像区域快速精确定位装置,并且采用了改进的消杂散光方法,能够使探测准确度和定位准确度得到保证.研究证明,该系统新的设计方案操作方便、灵活,便于推广使用.     

350mm口径透射式宽光谱复消色差光学系统设计北大核心CSCD

为了在室内检测光电测试设备在某种工况下的瞄准线稳定精度、稳定器稳定精度等指标,需通过平行光管来提供无穷远目标。设计指标要求为:采用透射式结构,工作波段400~700nm,D=350mm,焦距为2.8m,视场角为3.5°,全视场内实现复消色差。设计采用柯克三片分离式透镜作为初始结构形式,根据宽光谱复消色差理论,选取玻璃材料,利用校正光学系统色差与二级光谱的条件计算各片透镜的光焦度,求解光学系统初始结构;根据大口径宽光谱平行光管像差要求,引入色球差参数以及消二级光谱参数进行优化,通过玻璃材料匹配,实现复消色差。设计结果:在不引入非球面的情况下,系统接近理论衍射极限,全视场波像差RMS值均优于λ/22,全视场内实现了复消色差,满足设计指标要求。     

一种检测大口径光学系统中透射镜组的新方法

分析了常规透射镜组检测方法的缺点,在添加简单的辅助元件情况下,提出了一种新的检测透射镜组装调完成后整体组件的方法,从而解决了大口径光学系统应用中透射镜组的光学质量检测问题.分别以两个实际光学系统为例,给出了透射镜组的设计和准确度要求.随后利用该方法对实际系统中装调完成后的透射镜组进行检测,并将分析结果和实际检测结果进行...     

推扫式红外光纤传像光学系统研究

针对推扫式红外遥感成像技术在高分辨对地观测领域的重要地位,结合我国红外遥感技术发展现状和长线阵红外探测器技术水平,研究了利用线面转换的异型红外光纤传像束线阵端实现推扫,面阵端与成熟的小面阵红外探测器耦合以获得高分辨红外遥感图像的光纤传像系统.分析了该红外光纤传像系统前置物镜和耦接镜设计中的主要问题,并针对一种入射端为4 000×6元线阵,出射端为160×150元面阵的红外光纤传像束设计了前置物镜系统和后继耦接镜系统.引入平均传递函数的方法对整体光学系统的MTF进行了模拟评价,模拟结果显示整体光学系统成像良好,两系统的成像性能皆达到衍射极限,满足光纤传像系统的特殊要求,可为该类光纤传像系统的设计提供参考.     

基于液晶可调滤光片的广角多光谱成像光学系统设计

基于液晶可调滤光片(Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF)的分光原理,设计一种工作谱段为400~720nm,焦距4.5mm,视场角140°,F数为1.28的广角多光谱成像光学系统。该光学系统由前端光学镜头、LCTF和成像镜头组成,其中前端光学系统镜头将入射光束进行扩束,同时将入射光束的广角视场缩小至LCTF可接收角度范围内;LCTF利用液晶材料的电控双折射效应,实现对某一波长光信号的选择透过。根据多光谱成像系统的总体方案,对光学系统的各光学参数进行合理选取。设计结果表明,整个系统在120lp/mm的空间频率处轴上及轴外的调制传递函数MTF均大于0.4。     

基于深度学习的透射式光学系统初始结构设计

针对传统透射式光学系统初始结构优化设计效率低、结构选取过度依赖经验等问题,提出了一种基于深度学习的透射式光学系统初始结构自动优化设计方法。通过监督训练学习公开光学镜头库中参考镜头的结构特征数据,构建基于光线追迹的无监督训练模型,提升深度神经网络(DNN)模型的泛化能力。通过训练生成的网络模型输出包含真实玻璃的光学系统的结构参数,从而实现透射式光学系统初始结构的自动优化设计。设计结果表明：利用该网络模型优化设计的光学系统初始结构在全视场、全谱段下的像面点斑半径与参考镜头接近,并且能够根据不同焦距要求分别设计出光学系统初始结构;所设计的1×10⁶组初始结构的成功率优于96.403%,表明所提网络模型具有良好的泛化能力。     

用偏光织构及透射光谱分析液晶器件的老化

对一组台式计算器液晶显示器进行了光辐照,研究了光辐照对液晶显示器件显示品质的影响。采用偏光显微镜观察到了辐照后液晶的偏光织构的变化,液晶中出现了平行的条纹状织构和失去消光作用的黑洞,随着接受光辐照时间的增加,黑洞数量越来越多,面积越来越大。通过由计算机控制的双光束紫外-可见分光光度计测试了透射光谱的变化,发现其透射率随着接受光辐照时间的增加而降低。分析结果表明,条纹状织构和黑洞的出现是由于液晶分子结构在紫外线的照射下发生了变化所致,失去消光作用的黑洞是导致液晶器件透射率持续下降的主要原因。     

透射式内调焦宽光谱光学系统的设计与分析

为了在实现系统内调焦的同时保证宽光谱系统的优良像质,通过合理选材对宽光谱光学系统中存在的位置色差以及二级光谱进行校正,并提出了一种内调焦宽光谱光学系统的设计方法.建立内调焦消色差的数学模型,推导系统设计所需满足的公式.结合提出的数学模型与推导出的公式,以焦距为90mm、F数为2.8、具备内调焦功能的宽光谱光学系统为例进行验证.结果表明,系统可在420~900nm的宽光谱范围内对0.2~200km位置内的目标进行色差校正,验证了内调焦宽光谱光学系统设计方法与消色差数学模型的正确性.     

采用APD阵列的共口径激光成像光学系统设计

针对机载平台激光3D成像系统的轻小型需求,设计了采用APD阵列的共口径激光收发光学系统。在分析激光成像系统照明方式及其光学系统结构的基础上,给出了激光3D成像光学系统结构框图:激光经衍射元件实现分束照明,采用双工反射镜实现收发光路的耦合。该光学系统用于2 km以内的目标三维成像,根据激光测距方程,确定了接收光学系统的参数以获得满足信噪比的回波能量。为避免造成像素之间串扰,设计了5倍扩束比的发射光学系统。最后,采用偏振片与1/4波片相结合的方式消除杂光,降低了发射光路对接收光路的影响。设计结果表明:接收光学系统弥散斑直径小于120μm,畸变小于0.2%。该光学系统体积小、重量轻,成像质量良好,可为同类激光成像光学系统提供借鉴参考。     

相对孔径为1∶1镜头的光学系统设计

介绍一种相对孔径为1:1的光谱摄像镜头。利用非球面光学表面将复杂化的Petzval型结构形式改进为3片结构,其主要光学参数f′=120mm，F=1，τ≥90%，系统MTF=0.85时的成像质量所对应的空间频率大于20lp/mm。结合非球面加工工程化研究需要对该镜头的结构进行优化，给出了多种像差曲线及MTF数据，并对未来可进行的进一步改进进行了探讨。     

透射式光学相关器小型化设计

 针对光学相关器的技术指标,对其光学系统进行小型化设计。傅里叶透镜组与准直扩束系统均采用摄远型式结构,在满足其长焦距的前提下缩短了系统的光学筒长;采用直角反射棱镜折叠空间光路充分利用空间,使系统布局更紧凑;利用计算机辅助设计软件ZEMAX对光学系统结构进行优化,最后研制出的小型化透射式光学相关器总长在150 mm以内,总宽在130 mm以内,实现了小型化目的。改进后的光学系统结构为双光路处理结构,具有实时性强的优点。经实验验证,该装置具有较好的相关探测性能,并且噪声小、探测精度高。     

红外相机共孔径双波段成像光学系统

针对双波段成像系统可以有效提升红外相机的目标探测与识别能力,选择了折反射式双波段系统结构形成,提出共孔径分光路中波红外和长波红外双波段成像光学系统。2个谱段共用卡塞格林主光学系统,采用分色片实现双谱段分光。分光后2个谱段采用相互独立的中继透镜组, 通过二次成像,实现双波段冷光阑100%匹配。2个谱段焦距均为800 mm,工作谱段为3.7 m～4.8 m和7.7 m～10.3 m,中波和长波的F数分别为2.3和2.8,视场角为1.2,该光学系统各谱段在各自乃奎斯特频率处调制传递函数接近衍射极限,可满足实际使用需求。     

GRIN透镜干涉仪光学系统模型和分析

较完整地提出GRIN透镜干涉仪的数学模型,分析了光学系统处于六种不同模态下的特点,讨论了有关结构因素,特别是GRIN透镜长度对干涉仪工作性能的影响,有关分析和相关结论可作为GRIN透镜干涉仪系统设计和测量计算的依据。     

厄米-高斯光束在内含硬边光阑光学系统中的传输

把硬边光阑从复杂光学系统中“移”出来,即把任意一个含有硬边光阑的复杂光学系统体现到含有入射光瞳和出射光瞳的光学系统中，使硬边光阑的作用转化为出射光瞳的作用，以便求出观察面上的解析解。对入射面上的二维厄米 高斯光束，利用柯林斯公式和入射光瞳与出射光瞳的物像关系，可得到所要求观察面的场分布和解析结果，通过数值模拟验证了其正确性。通过分析计算得到如下结论：对于任意一个含有硬边光阑的复杂光学系统，都可以把光阑的作用从系统中“移”出来，把其看作是出射光瞳的作用，从而可以较为简便地求出观察面上的场分布。     

LCD投影系统光学引擎的计算机仿真分析

光学引擎是决定LCD投影系统色度、光度品质的核心部件之一。根据投影系统光学引擎的结构特点，结合色度学原理，利用光路追踪法编制了光学引擎的色度、光度仿真分析软件。仿真分析软件具有双向功能：对引擎的光学系统可进行色度光度计算，并可根据色度、光度指标优化光学引擎结构。将仿真与实际的光学引擎进行了对比实验，得到多组投影视场的色坐标对比数据，最后用软件优化了一个光学引擎，得到该引擎结构的优化数据。实验结果表明：该软件可提高光学引擎的设计效率。     

双色红外共孔径消热差光学系统设计

针对红外搜索跟踪系统对目标的探测,为提高光学系统在复杂背景下的探测能力,设计了双色红外共口径光学系统。系统工作波段为红外中波3 m~5 m和红外长波8 m~12 m,采用分光型RC系统实现双波段共孔径清晰成像,总焦距为400 mm,相对孔径D/f=1/2,全视场角为2,为了抑制中波的热辐射杂光,对中波系统实现了二次成像,通过红外材料与光焦度的合理分配实现了折反式被动消热差设计。设计结果表明,系统在-40℃～+60℃工作温度下像质优良,能够满足红外搜索跟踪系统的使用需求。     

超大孔径摄像镜头设计

介绍一种超大孔径摄像镜头 ,其结构型式为复杂化双高斯型 ,主要光学参数为f′ =6 0mm ,F =0 .7,β =-1/13× ,L =-6 5 0mm ,系统达到MTF =0 .5的成像质量所对应的空间频率大于 2 0lp/mm。对该镜头的结构特点进行分析讲讨论 ,并给出了各种像差曲线 ,传函曲线和渐晕图。     

三视场红外搜索光学系统的设计

设计一款实际工程应用的红外三视场光学系统,其中大中视场利用透镜组切换变倍,小视场和大视场利用反射镜切换变倍。设计中采用二次成像的方式,3个视场共用二次成像透镜组,保证100％冷屏效率,减小第1片透镜的过口径。同时,采用非球面技术校正系统的球差和彗差,通过光学设计软件CODE V仿真,得出最大的点列斑为11 m左右,并且MTF接近衍射极限,成像质量完全满足使用要求。最后,该系统利用反射镜折叠光路实现了系统结构紧凑、体积小的特点。