激光告警用红外鱼眼镜头的光学系统设计

介绍了获取超大空域物体热像信息的红外鱼眼镜头的光学系统设计,设计采用非制冷长波焦平面阵列探测器,视场为170°,像质得到了很好的矫正。     

长波红外变焦光学系统设计

针对像元尺寸为17 μm×17 μm的 非致冷型640×480元探测器,基于补偿组兼顾调焦群作用的Varifocal 结构,仅用4片透镜就设计出了一种变倍比为6×的长波红外连续变焦光学 系统。针对低成本、高透波率的指标要求,通过理论计算得到了初始结 构,并用CodeV软件对其像差进行了优化,最后针对设计结果进行了 凸轮曲线求解和像质评价。结果表明,当 工作在8~12 μm波段时,在相对孔径1.4 : 1保持不变的条件下,该系统实 现了焦距从20 mm到120 mm的连续变焦,而且空间频率20 lp/mm处的调 制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)值均大于0.5。通过样机实测发现,该系统 具有变倍比大、结构紧凑和分辨率高等特点,因而适用于红外监控设 备。     

获取超大空域热像信息的凝视光学系统设计

论述超大空域凝视热像系统自动设计中的技术难点；运用Ａｉｔｋｉｎ插值方法于自动优化技术排除“溢出”光线；借助人的诱导，充分发挥像差渐晕的作用，改善像面照度的均匀性；给出了Ａｉｔｋｉｎ插值公式，误差分析公式和光阑边缘逼近公式。     

宽光谱日夜两用鱼眼监控镜头的设计

设计了一款宽光谱日夜两用鱼眼监控镜头,使用近红外LED光源照明及IR-CUT双滤光片,近红外波长为850 nm,采用Zemax软件的多重配置结构设计,使用固定焦距,实现可见光和近红外光的共焦。对设计的光学系统结构和像差曲线进行分析,设计全视场角和相对孔径分别为175°和1/1.8,使用1/3 in CCD成像接收器件,全视场MTF值在空间频率100 lp/mm处达到0.3。     

长波红外双组联动连续变焦光学系统设计

研究了双组联动长波红外连续变焦光学系统设计,设计了工作波段为7.7?m～9.5?m,焦距为30 mm～360 mm,F数为2.24的双组联动连续变焦光学系统,设计结果表明,成像质量好,在331p/mm空间频率处的调制传递函数值均超过0.15.     

长波红外连续变焦光学系统设计

针对320×240非制冷焦平面阵列探测器,设计了一个长波连续变焦光学系统,该系统采用机械补偿的方式,变焦过程中相对孔径不变,F数为1,系统变焦比为4:1,在一定焦距范围内可实现连续变焦,并用ZEMAX光学设计软件进行了像质评价,结果表明,在空间频率11 lp/mm处,全焦距范围内都具有较好的成像质量.     

长波红外连续变焦光学系统设计

针对制冷型320×256焦平面阵列探测器,设计了一套用于机载光电探测设备的长波连续变焦红外光学系统。光学系统采用锗和硒化锌两种普通红外光学材料,通过引入非球面和衍射面很好地校正了系统的色差和轴外像差,使得系统整个连续变焦过程中16 lp／mm 处 MTF 均大于0．35。系统仅由6片镜子构成,工作波段为7．7～10．3μm,F 数为3,满足100％冷光阑效率,实现了50～400 mm 的连续变焦,变焦曲线光滑。像质评价结果表明该系统成像质量良好,结构紧凑。     

20倍非制冷长波红外连续变焦光学系统的设计

基于像元大小为25 μm 的384×288非制冷型凝视焦平面阵列探测器,设计了一种20倍非制冷长波红外连续变焦光学系统。该系统的工作波段为8～12 μm,F数为1.3,具有相对孔径大、变倍比大和变焦凸轮曲线平滑等优点。该系统共有7片镜片,使用2种材料组组合,其中多数透镜使用常用的锗材料,以减少使用昂贵材料和便于加工。通过使用1片衍射面元件和2片非球面元件实现了紧凑的结构。该系统的奈奎斯特空间频率为20 lp/mm,短焦、长焦的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)大于0.4,中焦MTF大于0.58。 MTF值体现出该系统具有极好的像质特征。     

轻小型长波红外光学系统的设计及实现

无人机载光电吊舱对其载荷体积重量的要求苛刻,为了满足8～12.5 μm红外探测需求,设计并实现了一种轻巧紧凑的长波红外光学系统。系统F数为2,口径为150 mm,总视场为2.34°。光学系统采用二次成像折反射式结构,将常用的卡式主系统简化为折叠牛顿式主系统,将球面次镜简化为平面镜折叠光路,轴外像差通过非球面校正镜组校正。主系统采用全铝光机结构,结合后光路的光机材料匹配,在工作环境温度范围内,光学设计传函高于0.41@17 lp/mm,具有100%冷屏效率,而体积仅为Φ152 mm×125 mm。整机装调后,全视场传函高于0.24@17 lp/mm,像质清晰,满足预期。光学系统设计巧妙、结构轻小紧凑、加工装调成本低。设计思路和研制方法可为类似应用的无人机载光电吊舱长波红外仪器的光学系统提供参考。     

长波红外光学系统混合被动无热化设计

结合光学被动无热化和机械被动无热化各自优势,提出一种低成本、高质量混合被动无热化方法.针对焦距75 mm,F/1的无热化镜头研制要求,分别利用光学被动无热化和混合被动无热化设计实现.对比发现,相较于传统的机械被动式无热化,混合无热化可减小补偿结构的体积和复杂性,从而有助于系统的小型化、轻量化;相较于光学被动无热化,在保...     

双波段消热差红外鱼眼光学系统设计

双波段鱼眼红外光学系统可以获取中波和长波两波段的图像信息,同时由于其大视场的特性,可以大大增加目标信息获取范围。根据光学系统的设计要求对光学系统进行了设计,全视场196,4.4~5.4 m/7.8~8.8 m波段内清晰成像,考虑到冷光栏的制冷效应,F#严格与冷光栏匹配,达到100%的冷光栏效应。推导了大视场被动消热差公式,通过对玻璃材料的优化选择,达到了双波段消热差,所设计的光学系统结构相对简单,成像质量较好,系统各个波段在-40~60 ℃的工作温度下实现了消热差,满足使用需求。     

长波红外连续变焦光学系统设计

针对320×240制冷型焦平面阵列探测器,根据机载红外搜索和跟踪系统使用要求,设计了一套高变倍比长波红外连续变焦光学系统。探讨了长波红外连续变焦设计方法,并对变焦系统的无热化和冷反射效应进行了分析。系统由变焦物镜系统、二次成像系统和一个反射镜构成,具有100%冷光阑效率。工作波段为8.7～11.7μm,F#为2.0,变焦范围30～300 mm,工作温度-30～50℃,在空间频率16 lp/mm处,全焦距范围和温度范围内MTF>0.45,接近衍射极限。具有像质好、分辨率高、结构紧凑、质量轻便等优点。     

凝视型红外光学系统中的冷反射现象

近年来随着红外技术的长足发展,各种红外装置已广泛的应用在国防、工业、医疗等领域.随着应用的推广,对红外光学系统提出了越来越高的要求,需要对红外系统本身做进一步的研究.评价和计算这类红外光学系统的技术指标,最重要的是:系统的MTF;弥散斑;那喀索斯效应(Narcissus effect,俗称冷反射现象)的评价.红外光学系统根据工作方式可分为扫描型和非扫描型(凝视型).根据一般的常识认为,非扫描型红外光学系统的冷反射效应可以通过系统的非均匀校正来消除,然而,实际的热成像设备总是工作在一定的振动环境下,在这种环境下,凝视型红外系统的冷反射现象就需要进行重新的评价.文中通过实例分析了凝视型红外系统中的冷反射现象以及控制方法.     

大视场凝视型红外共形光学系统设计

为提高导弹整流罩气动性能,增强导引头系统稳定性,增大观察视场,完成了共形整流罩结合红外鱼眼镜头的新型红外凝视成像导引头光学系统设计。光学系统采用的椭球形共形整流罩将反远距结构与f-θ成像相结合,通过控制像方视场角提高像面照度的均匀性。对不同结构共形系统的像差特性进行了分析。光学系统解决了大视场光阑像差问题,最终获得±90°的无渐晕观察视场,其冷光阑效率为100%,全视场MTF在15 lp/mm处均大于0.5,点斑均方根半径小于30μm,在半径为50μm圆内能量集中度为93%以上,像面相对照度高于85%,满足大视场光学系统的成像要求。     

长波红外高光谱成像系统的设计与实现

针对长波红外高光谱系统背景辐射强以及信噪比低的特点,设计了能有效抑制背景辐射的长波红外精细分光光谱成像系统.利用杂散辐射分析软件,对系统进行了背景辐射分析,包括全波段各辐射面源对背景辐射的贡献分量、各光学通道的背景辐射、机械内壁吸收率对背景辐射的影响、以及光机内壁温度对背景辐射的影响.主要通过制冷光机系统的温度、抛光亮...     

折衍混合长波红外光学系统消热差设计

分析了温度变化对红外光学系统结构参数的影响,给出了红外光学系统消热差设计应满足的条件,讨论了衍射光学元件的温度特性,并将其引入到红外光学系统的消热差设计中.利用ZEMAX软件,设计了一套由锗和硫化锌组合的三片式折衍混合长波红外光学系统,其工作波段为8~12 m,视场为10.2,焦距为45 mm,F/#为1.5,总长为70 mm.设计结果表明,该镜头在-40~60 ℃温度范围内成像质量接近衍射极限,系统全视场调制传递函数在特征频率20 lp/mm处高于0.6, 87%的能量集中在探测器的一个像元内,实现了消热差设计.该系统具有结构紧凑、体积小、质量轻等优点,适用于军事或空间红外系统.     

凝视型红外光学系统中的冷反射现象

近年来随着红外技术的长足发展,各种红外系统已广泛应用于国防、工业、医疗等领域.随着应用的推广,对红外光学系统提出了越来越高的要求,需要对红外系统本身做进一步的研究.评价和计算这类红外光学系统的技术指标,最重要的是:系统的MTF、弥散斑、那喀索斯效应(Narcissus effect,俗称冷反射现象)的评价.红外光学系统根据工作方式可分为扫描型和非扫描型(凝视型).通常,非扫描型红外光学系统的冷反射效应可以通过系统的非均匀校正来消除,然而,实际的热成像设备总是工作在一定的振动环境下,在这种环境下,凝视型红外系统的冷反射现象就需要进行重新的评价.通过实例分析了凝视型红外系统中的冷反射现象以及控制方法.     

红外凝视成像光学微扫描重建技术研究

扫描式微透镜阵列系统通过微动扫描成像,能够有效解决小行程与大视场之间的矛盾。扫描式微透镜阵列一般采用开普勒式望远结构,通过镜片横向相对位移实现视场扫描。本文提出了一种基于开普勒式望远结构的四片式微透镜阵列,探究了微透镜阵列的角放大率对于3~5 μm波段的扫描式微透镜阵列系统的影响。当角放大率小于1时,经过串扰产生的杂散光较多,系统的能量利用率上限受到限制,导致衍射极限受到限制。角放大率越大,能量利用率上限越高,当角放大率从0.67^×改变为0.83^×,能量利用率可以从43%提升到69%。当角放大率大于1时,系统的能量利用率不再受到结构限制,在抑制串扰的条件下,优化得到角放大率为1.5^×的结构。对其像质进行评价,各扫描视场RMS半径达到探测器像元尺寸,MTF达到0.6@17 lp/mm。角放大率作为表征微透镜阵列结构特点的参数,与系统能量利用率相关,从而影响像质,因此对于角放大率的分析与研究可为扫描式微透镜阵列系统的设计与实现提供依据。     

大视场大相对孔径长波红外扫描光学系统设计

采用288×4线阵探测器及二次成像方式设计了一种工作于7.5～10.5μm的大视场大相对孔径长波红外扫描型光学系统,系统凝视视场角为28°×21°,采用摆镜同楔形镜扫描扩展后系统视场角为78°×57°,该系统具有大相对孔径、F数为1.67、高成像质量等特点。由于长波红外可用材料有限,设计中采用锗材料和硒化锌材料校正色差,引入非球面校正系统球差,系统设计结果显示其成像质量接近衍射蓟县,色差矫正良好,在空间频率为20 lp/mm处,调制传递函数(MTF)均在0.3以上,能量集中度大于70%。