8～12μm波段折/反/衍混合坦克扫描物镜消热差设计

根据坦克扫描光学系统的要求,设计了一种工作于8～12μm波段,可识别2 000 m远坦克目标的折/反/衍射混合红外消热差光学系统。该系统采用新型的卡塞格林系统,其非球面主镜和次镜全部取代为球面,解决了卡塞格林系统大口径非球面主镜、次镜的高加工精度和装调难的问题;通过应用衍射元件独特的温度特性实现红外光学系统的无热化设计,设计的系统结构简单紧凑,口径大、焦距长、分辨率高,并且在-40～60℃的温度范围内成像质量接近衍射极限,满足坦克扫描系统的总体要求和像质要求。     

一种易检测易装调离轴三反光学系统的设计

离轴三反光学系统具有大口径、大视场、传输效率高以及没有色差等优点,易于实现多谱段共孔径。介绍了一种离轴三反系统的设计,其工作于红外中波3~5?m和红外长波8~10?m双波段,口径300 mm,F数为3。设计中充分考虑加工检测和装调的易实现性,特点为次镜采用球面,主镜和三镜共面,并且整个系统没有高次非球面;选取合理的反射镜和结构件材料,使系统具有良好的高低温环境适应性。     

二次成像中波红外折射衍射光学系统设计

中波红外(3～5 μm)在航天遥感中有着重要的应用.由于背景辐射的影响,中波红外光学系统一般要求达到100%冷光阑效率.在航天应用中由于系统轻量化的要求,同时要求光学系统的设计尽可能简化.光学技术的发展,使得光学设计可以利用非球面,二元光学衍射面等,获得更多的自由度,对成像光学系统的像差进行有效的校正.利用三个光学元件,设计出波段范围3～5 μm,口径200 mm,F/2.5的二次成像光学系统.系统由主光学卡塞格林系统加中继系统组成.中继系统由一片硫化锌透镜组成,成像质量达到衍射极限.     

大口径非球面计算全息图检测系统

为了精确地检测大口径非球面面形质量,将曲面圆形计算全息图与补偿镜相结合,应用于非球面折射式检测光学系统中.分析了曲面计算全息图的衍射特性,同时分别阐述了利用曲面计算全息图的这种衍射特性来检测凹非球面及凸非球面的基本原理和方法,给出了具体的设计实例.与传统的非球面检测光学系统相比较,该系统不仅简化了传统光学系统的装调过程,还可以大大降低计算全息图（CGH）与补偿镜的制作精度,减少制作成本.尤其是在凸非球面检测过程中,首次在实验技术方面提出了两步全孔径检测法和调整误差的旋转相减消除法,实验验证了该方法的有效性.     

一种小口径凸非球面补偿器的设计

离轴三反光学系统目前常被多谱段共口径光学系统作为共口径端,检测离轴三反光学系统中凸非球面次镜时,需要通过补偿法来实现非球面的高精度检测,因此补偿器的优化设计是关键技术之一。对于二次曲面系数较大同时背面为非透射面的小口径凸非球面,无法采用非球面透射式的补偿法进行检测,因此采用凸非球面直接作为反射面的自准直平行光补偿检验法。根据设计思路,利用Zemax软件构建初始结构并对其进行优化,这样简化了初始结构计算过程,同时能得到理想的补偿器系统结构。给出了一个口径为80 mm、二次曲面系数为-6.5,F数为5.00375的凸非球面反射镜的补偿器系统的设计过程和公差分析过程,系统工作波长为632.8 nm,均方根值为0.000015λ,公差分配后残余波像差为0.0104708λ。     

红外目标模拟器消热差光学系统设计

基于红外目标模拟器的成像特点,以改进型柯克式系统为初始结构,设计一套大视场中波红外消热差光学系统;该光学系统视场30°,出瞳距300 mm,最大口径220 mm,焦距240 mm,基于光学被动消热差原理,采用一片非球面透镜,通过选择合适的玻璃及光焦度,设计的镜头在-40~60℃的环境下空间频率16 lp/mm时MTF优于0.4,有很好的热稳定性和成像质量,结构简单、加工方便,有很强的工程实用性。     

基于折/衍混合的机载红外光学系统设计

为实现机载红外光学系统大口径、长焦距、轻量化、高像质、非热敏化的技术要求,通过对反射式光学系统设计模型及其理论参数的研究分析,选取卡赛格林光学结构型式,提出一种基于折/衍混合的机载大口径长焦距非球面红外光学系统。经过初始结构计算,并利用ZEMAX软件进行优化,设计出一款焦距1200 mm、口径260 mm的折/衍混合红外光学系统,遮拦比18%,在空间频率10 lp/mm处,调制传递函数(MTF)达到0.45,接近衍射极限,全视场弥散斑控制在20μm以内,在-50^+70℃温度范围内实现非热敏化。该系统结构简单,由两个反射镜和一组透镜组成,设计结果满足各项任务指标,对机载红外光学系统的进一步研制具有重要意义。     

一种含自由曲面的离轴三反光学系统设计

设计了一种含自由曲面的离轴三反射镜红外光学系统,光学系统采用三个离轴反射镜,其中第二反射镜采用自由曲面面型,其余反射镜采用非球面面型。光学系统接收口径Φ100mm,F/#25。由于反射元件不产生色差,因此光学系统不存在色差。同时反射元件与支撑结构件采用同一材料,光学系统实现无热化设计。利用自由曲面的非旋转对称性,系统轴外像差得到了很好的校正,从而使光学系统成像质量接近衍射极限。通过合理布局三个反射镜的位置,使光学系统外形尺寸达到了160mm×110mm×250mm。     

折-衍混合型两档变倍红外光学系统设计

当今红外成像光学系统应用广泛,根据需求,越来越多地采用双视场切换式红外光学系统.为了获得成像质量更好、轻量化的光学系统,引入了衍射光学元件进行光学系统设计,从而提高了镜头的成像质量,减少了光学元件的数量,减轻了系统质量.介绍了含有衍射光学元件的两档变倍光学系统的设计原理,设计了一个含有非球面且结构简单、装调容易的折-衍混合的两档变倍的红外光学系统,分别对长、短焦距位置进行了像差分析,该设计能够很好地满足实际工程的需要.设计结果表明采用衍射光学元件的红外光学系统能够有效地改善光学系统的像质,减小光学系统的体积.     

红外光学系统的检验与调整

光学加工技术的发展从早期至今,大多数加工成平面与球面,目前随着新技术的发展,尤其是激光与红外技术大量应用到军事与空间技术方面,为改善光学系统的性能,增大光学系统的口径,获得更大的能量,必须采用非球面镜来替代球面镜。由于非球面有它独特的轴向对称特点,并且其形状总是很接近于球面或平面,仅仅根据设计的不同,而偏离球面或平面的偏离量不同而已,只要了解清楚非球面的二次曲面特性,利用它轴向对称的特点,引入辅助镜,即能找出合理的非球面镜的检验方法,也能较容易地加工出设计所需的非球面镜。本文主要叙述,利用经典的星点法鉴定红外光学系统(卡塞格林系统)中非球面镜的质量及其计算方法。在光学冷加工及光学调试工作中,为保证必要的加工及光学装调精度,光学系统的光轴必须严格调整,文中给出一种利用刀口仪的刀口阴影调整光轴的简便方法。