红外系统无热化检测仪的光学系统设计

为了检验红外导引头光学系统无热化设计的效果,采用光学检测的方法对被测系统在一定的温度范围内焦点位置的偏移进行评估.详细介绍了长波红外无热化检测仪的原理,对检测仪光学系统中的各个组成部分,包括高低温箱窗口玻璃、平行光管和红外显微物镜,进行了深入的讨论.用CODEV重点设计了一个工作在8～12μm波段,数值孔径为0.25,放大倍率为2倍,焦距80mm,全视场为12mm的红外显微物镜.最后对设计结果进行了分析,给出了系统的调制传递函数曲线和场曲畸变图,表明光学系统的像质满足使用要求.     

红外长波投影镜头的光机结构设计及热光分析

红外模拟器在温度变化影响下,透镜会发生位移,同时受热应力作用会发生形变,最终影响其成像性能。为确保在实验室环境下的光学系统能够正常工作,针对红外动态热像模拟器中投影镜头的光机结构进行了热光学特性分析。利用有限元方法分析了实验室温度环境下的各透镜表面热变形,采用Zernike多项式对形变后的镜面进行拟合,将拟合结果带入Zemax软件进行分析,并得到了温度变化后的调制传递函数曲线(加温度变化结果),根据热光学特性分析结果可知,实验室环境温度下,投影镜头具有一定的温度适应性,光机结构设计合理。     

适应大温差变化的多光轴一致性测试系统

为满足在野外大温差环境下能够检测光电设备的光轴平行性,基于卡塞格林平行光管结构,设计研究了一种能够在-40℃~+55℃环境温度下稳定工作的多光轴一致性检测系统。系统考虑到宽光谱的检测需求,可以满足0.4μm~12μm的光谱覆盖范围。基于对系统温度稳定性的考虑,对系统的主体工作结构进行无热化设计,并利用不同机械材料匹配的方式对平行光管进行补偿,保证在不同温度情况下系统光束出射平行度偏差始终小于4"。实验结果表明系统具有良好的温度稳定性。     

基于波前编码技术红外光学系统无热化研究

波前编码技术是将光学成像与数字图像处理技术相结合,在系统的光瞳处通过添加特殊设计的相位板,对入射光波波前进行重新调制,再经过解码得到清晰的图像,使系统对离焦不敏感,与红外无热化的理念相同。文中比较了原光学系统和采用波前编码系统在不同环境温度下的调制传递函数（MTF）,使用Matlab模拟中间光学部分成像并滤波。结果表明：将波前编码技术应用到红外光学系统当中,可以使系统对由环境温度变化引起的热离焦不敏感,达到无热化的目的。     

湿度对红外成像检测零值绝缘子的影响分析

红外成像技术以非接触、不停电等优点广泛应用于故障绝缘子检测,但其检测准确性易受环境湿度、温度等因素影响。以XP-160盘形瓷质绝缘子为试品,分析在不同环境条件和污秽程度下获得的绝缘子红外图像,研究相对湿度对红外成像检测洁净绝缘子和污秽绝缘子的影响。实验结果表明:对于洁净绝缘子,相对湿度对红外检测零值基本无影响;对于污秽绝缘子,相对湿度越大,越有利于红外检测,但相对湿度过大,容易出现零值绝缘子的误检或漏检。同时分析温度对红外检测的影响,建议避免在高温环境下进行红外检测零值。     

基于NDIR的红外气体浓度信息检测系统

针对热光源气体检测系统存在长期漂移和稳定性差的问题,基于非分光红外(NDIR)气体检测技术,结合双通道探测方法,设计并研制了红外气体浓度信息检测系统.该系统采用双椭球型气室结构,可以在小空间内实现长光程,从而降低了气体浓度检测下限,同时引入了双参数温度补偿方法,降低了温度漂移对红外探测器和硬件电路的影响,提高了系统稳定性和可靠性.采用改进型静态配气方法对相关性能进行测试.结果表明,甲烷气体浓度检测下限达到5×10-5,具有一定的实际应用价值.     

非制冷中波红外光学系统精简无热化设计

红外光学系统相比于可见光光学系统,其成像质量受温度波动影响很大。基于光学被动式无热化原理,分析红外系统各部分光学参量受温度变化的影响因子,设计了一个工作波段3~5μm,焦距120mm,F#=2的红外光学系统,选用分辨率为384pixel×288pixel、像元大小为25μm的非制冷型红外探测器。该系统采用四片式的结构形式且全部为球面光学元件,采用硅和锗两种常见的中波红外材料满足了消热差和消色差的要求,故具有较高的加工可行性和较低的生产成本,在工作温度范围-40℃~60℃之间都能保持优良像质,并且满足非制冷型中波红外系统的使用需求。     

广州不同地表覆盖物热反应变化规律研究

利用红外温度测试仪等设备对水泥地面和草坪地表在不同室外环境条件下的温度进行了测试实验研究,通过测试结果分析了不同地表覆盖物温度变化的规律,分析了其热反应变化规律,并对不同地面温度在热舒适性区域的温度频率分布进行了详细的研究,对热反应规律的差异进行了原因分析,指出了改善热环境舒适性的措施和方法.     

红外连续变焦镜头的结构设计

随着红外光学技术的长足发展及其实际应用范围的不断扩展,对红外连续变焦光学系统的需求日益增强.为了验证红外连续变焦镜头的变倍性能及其成像质量,根据某红外连续变焦镜头的光学设计特点.通过对其机械结构进行选型,最终采用不同形式的凸轮机构来实现红外变焦距镜头变倍、调焦过程,对凸轮机构、变倍导向机构、调焦机构等作了较详细的说明,并从机械设计的角度出发,对系统的杂散辐射提出了抑制措施.装调结果表明,采用凸轮机构、变倍导向机构可以实现红外连续变焦镜头的变倍及调焦过程,提出的杂散辐射措施可以有效地抑制系统的杂散辐射.提高镜头的成像质量.     

非制冷型红外双波段连续变焦光学系统设计

为了满足同步观测、跟踪,同时探测红外中/长波两个波段信息的目标,文中采用共口径方式将红外中/长双波段融合到同一个光路中,设计了一款非制冷型大变倍比红外双波段连续变焦光学系统,引入衍射面和偶次非球面,进行像差校正,选择机械负组补偿方式进行变焦.通过光学被动式消热差方式,匹配材料及分配透镜光焦度,对双波段红外光学系统在-40~+60℃温度范围内进行了消热差设计,并对系统的像质进行了分析.研究结果表明:在不同温度,系统在两个波段下,各个视场内调制传递函数在奈奎斯特频率为20lp·mm~(-1)处均接近衍射极限,系统整体无温度离焦,像面稳定,像质良好,结构紧凑,满足使用要求.     

折／衍混合民用车载大像面长波红外消热差镜头设计

为满足民用车载红外视觉增强系统的迫切需求,针对384×288型像元尺寸为38μm×38μm的非制冷探测器,利用衍射元件的光热特性采用光学被动式消热差方法设计了一个折／衍混合大像面长波红外消热差镜头,介绍了折／衍光学元件的温度特性及设计消热差系统的原理。通过合理的选择衍射面的基底材料,用CODEV对系统进行优化设计。设计结果表明：系统在工作波段8～12肚m,f=21mm,F数为1．4时在-40℃-80℃的温度范围内调制传递函数MTF大于O．3,符合消热差系统的条件。     

多谱段标准镜头光学系统设计及装校

本文设计了一款检测用的多谱段标准镜头,其焦距为180mm、相对孔径D F=13、视场角2ω=6°。该镜头具有波段（400-1000nm）跨度比较宽的特点,并且对每个特定波长的传递函数值都有严格的要求,即在80 lp/mm时均达到0.5以上,且畸变小于2%。设计时运用光学设计软件ZEMAX的多重结构功能,保证了每个特定的波长传递函数都能达到要求。在装校镜头时通过定心仪精调每组镜片与镜筒的同轴度。经过精细的设计及有效的装校,最终产品测试结果表明轴上星点达到非常良好的效果,传递函数全部满足设计要求。     

基于汽车后视系统的短焦距超广角镜头光学设计

充分考虑了鱼眼镜头的特点,设计了一款应用于汽车后视系统的短焦距超广角镜头。系统焦距3.2mm,F数为2.0,全视场角179°,系统总长17.5mm。采用6片式结构,所有镜片均为球面未采用非球面,大大降低了成本,并对各像差曲线进行了分析,全视场MTF值在100lp/mm达到0.5以上,系统结构简单紧凑,像质优良。     

大视场高分辨率光学检查镜的设计和检测

设计具有大视场、高分辨率和微小畸变特点的工业检查用光学镜头.将检查物镜的设计与照明系统相结合,利用ZEMAX光学设计软件,对照明系统和成像系统整体进行像差校正和优化设计,利用照明的匹配、明视野和暗视野的变化来改变和提高物镜的实用分辨率.设计了具有上述特点的2.35倍光学镜头,对设计好的镜头进行公差分析、外部机械结构设计,并最终完成装校.搭建调制传递函数(MTF)测试系统,对装校后的镜头进行成像质量检验,测试结果显示,实测MTF值达到理论设计值的80%以上.     

信号在电缆中传输失真的补偿

提出了利用电缆调制传递函数(MTF)方法进行频谱补偿。并作了理论分析和求解,是一种较好的信号传输失真的补偿方法。     

测绘相机的温度场设计及MTF测试

针对不同温度场对测绘相机精度影响较大的问题,为了对测绘相机进行合适的温度场的设计及选择,以调制传递函数（MTF）为成像标准,通过光机热集成分析的方式,研究了不同温度场对测绘相机的影响,并找出了适合该相机的温度场。根据此方法进一步寻找出了相机对温度敏感的关键部分,并依此对热设计提供了依据。通过试验测试了该温度场条件下的MTF值,测试结果表明该相机的实验结果与分析值相符合,在56线对/mm处的MTF值高于0.3,满足成像质量要求。     

红外投影系统光学被动无热化设计

针对红外成像系统的检测和评估需求,基于光学被动消热差原理,设计了一套用于中波红外仿真系统的投影系统。讨论了红外仿真系统所用投影光学系统的设计思想和设计方法,并对最终的成像效果进行了分析。该系统焦距为250mm,F/2.5,视场角为±2°,总系统长度500mm。依据二次成像系统的设计方法,实现了100%冷光阑效率,且其调制传递函数在17lp/mm处接近于衍射极限,能在-20℃~60℃范围内无需调焦便可保证成像的稳定性,具有分辨率高、均匀性好、可加工性强等优点。     

Image Motion Compensation of Off-Axis TMA Three-Line Array Aerospace Mapping Cameras

To enhance the image motion compensation accuracy of off-axis three-mirror anastigmatic( TMA)three-line array aerospace mapping cameras,a new method of image motion velocity field modeling is proposed in this paper. Firstly,based on the imaging principle of mapping cameras,an analytical expression of image motion velocity of off-axis TMA three-line array aerospace mapping cameras is deduced from different coordinate systems we established and the attitude dynamics principle. Then,the case of a three-line array mapping camera is studied,in which the simulation of the focal plane image motion velocity fields of the forward-view camera,the nadir-view camera and the backward-view camera are carried out,and the optimization schemes for image motion velocity matching and drift angle matching are formulated according the simulation results. Finally,this method is verified with a dynamic imaging experimental system. The results are indicative of that when image motion compensation for nadir-view camera is conducted using the proposed image motion velocity field model,the line pair of target images at Nyquist frequency is clear and distinguishable. Under the constraint that modulation transfer function( MTF) reduces by 5%,when the horizontal frequencies of the forward-view camera and the backward-view camera are adjusted uniformly according to the proposed image motion velocity matching scheme,the time delay integration( TDI) stages reach 6 at most. When the TDI stages are more than 6,the three groups of camera will independently undergo horizontal frequency adjustment. However, when the proposed drift angle matching scheme is adopted for uniform drift angle adjustment,the number of TDI stages will not exceed 81. The experimental results have demonstrated the validity and accuracy of the proposed image motion velocity field model and matching optimization scheme,providing reliable basis for on-orbit image motion compensation of aerospace mapping cameras.