热环境下的R-C系统自动光机优化与补偿技术

为了模拟和评估热环境下光机系统的成像质量,已开发出了接口软件,可以将有限元软件热分析的结果拟合成Zernike多项式或以干涉图方式导入光学软件中进行像质分析。但上述接口软件不能满足高低温下光学成像的要求。为了解决以上问题,对R-C系统采用了自动光机优化的方法。首先以Isight为软件平台,将Solidworks,Ansys,Matlab和CodeⅤ集成起来,形成一套软件框架;然后提出不同条件下的优化策略;最后对R-C系统进行光学、材料和结构尺寸的优化。结果表明,在-40～60℃温度范围内获得了优良的像质。     

头盔显示器自由曲面光学组件的优化设计

根据设计要求计算了非共轴球面光学系统的初始结构,选定泽尼克多项式为自由曲面面型,利用正交泽尼克多项式与像差的关系,调整曲面参数校正系统的像差,运用CODE V进行系统优化。通过设计实例对比了直接优化和分步优化方法,由对比结果可知,分步优化更适用于自由曲面光学组件的设计。仿真结果表明:系统在整个视场范围内,点列斑直径小于27 m,网格畸变的最大值为-7.15%,30 lp/mm处的MTF大于0.197。     

红外宽波段双层谐衍射光学系统的设计

相比传统的折反射元件,衍射光学元件和谐衍射光学元件因其独特的色散性能和温度效应在消色差和补偿热差方面有得天独厚的优势,将其应用于混合光学系统,可以简化结构,提高像质。但是二者衍射效率均依赖于波长,降低了宽波段成像的对比度。而双层谐衍射元件可以减弱衍射效率对波长的依赖性。因此,该红外宽波段系统采用双层谐衍射元件,第一层材料为Ge,第二层材料为ZnSe,微结构厚度分别为73.3 m和149.3 m,整个工作波段的衍射效率达到97.5%以上。在Code V中仿真优化得出:混合系统的各种像差性能都比较理想,特别是宽波段8~14 m的色差得到了很好的校正,二级光谱得到较好的控制,系统的调制光学传递函数接近衍射限。最终的性能测试结果显示:各项性能均可满足使用要求。     

基于CODE V和LightTools的成像系统初级鬼像分析

对鬼像的基本概念和形成原因进行了介绍与分析,提出了利用光学设计软件CODE V定性分析与光机适配性软件LightTools定量分析相结合的鬼像仿真分析方法。使用lightTools软件仿真与系统探测器归一化真实响应照度值相比较找出鬼像路径,给出改进措施。对验证实验中给定的电视成像光学镜头的鬼像路径进行计算和仿真,计算结果表明,镜头轴上鬼像路径的归一化响应照度为3.5×10-5,小于探测器的归一化响应范围9.85×10-5~1,探测器无响应,即不产生鬼像,证明该仿真分析方法正确可行。     

无光焦度补偿组与次镜重合的双反射系统设计

叙述无光焦度补偿组与次镜重合时的全球面双反射系统的设计,给出利用PW法求解初始结构的基本理论,阐述应用无光焦度补偿组来平衡球面反射系统像差的方法。通过改变遮拦比K和焦点伸出量进行光线追迹,选择出该类系统K和的最佳组合。给出设计实例:系统工作波段=450 nm～700 nm、焦距f=1 600 mm、相对孔径A=1/8、视场角=05,遮拦比K＝0.35、焦点伸出量＝0.1,系统优化后的球差系数 SⅠ=-0.001 207,彗差系数SⅡ=0.000 192,波像差W=0.043 27。     

用于激光接收/目视瞄准镜的共光路光学系统设计

为实现多传感器光轴校准并达到小型化轻量化的设计要求,将目视瞄准镜作为校轴光学基准,采用共用摄远型物镜组,并利用在立方棱镜斜面镀制光谱分光膜,实现高精度目视瞄准镜与激光接收的共光路系统设计。该目视瞄准镜放大倍率为7×、视场为5°、出瞳直径为3.7 mm、出瞳距离不小于20 mm;激光接收系统视场为1 mrad、接收口径为50 mm,设计结果满足指标要求。