制冷红外双波段变焦光学系统设计

设计了一组制冷型红外双波段变焦系统,焦距在80～240 mm内变化,视场角1.4°～4.4°,F数为2.2。系统利用二次成像方式,达到了100%冷光阑效率,并采用共光路成像方式同时实现对中长波段的像差校正。设计结果表明:系统满足了3.7～4.8μm中波波段及7.7～10.3μm长波波段同时成像的要求。各视场MTF在17 lp/mm处均接近系统衍射极限,弥散斑均方根半径基本小于一个像元尺寸30μm,成像质量良好。通过机械补偿变焦运动方程计算和Matlab编程绘制出了变焦系统的凸轮曲线,曲线不存在断点,运动过程合理。     

宽波段非制冷红外变焦光学系统设计

面向有毒有害气体探测需求,提出采用双色宽波段高灵敏度红外气体探测方法,并针对宽波段变焦色差校正难题,提出一种基于复消色差和机械正组补偿理论的宽波段红外变焦光学系统设计方法,设计了一种宽波段非制冷红外变焦光学系统。系统焦距25～75 mm,工作波长3～12μm,F数为1.8,适配640×512分辨率的非制冷双色红外焦平面探测器,像素大小17μm,变焦过程中系统总长保持160 mm不变。设计结果表明,系统在全焦段各视场调制传递函数在30 lp/mm处均接近衍射极限,成像质量良好,满足设计要求。系统具有结构紧凑、波段范围宽等优点。     

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。     

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.     

高变倍比长波红外连续变焦光学系统设计

针对非制冷型320×240型探测器设计了一个变倍比为10x的长波红外连续变焦光学系统,并利用ZEMAX光学设计软件进行像质评价。该系统的工作波段处于8~12μm,可以实现30~300mm范围内的连续变焦,F#可达到1.5,在空间频率16lp/mm处MTF>0.4,接近衍射极限。该系统具有变倍比大、相对孔径大、成像质量高等特点,满足系统成像质量要求。     

长波红外两档变焦光学系统技术研究

介绍了红外两档变焦光学系统的变焦理论和二次成像理论。分析了将后固定组与二次成像组相结合结构形式的高斯光学理论。这种结构减少了一个组元,结构简单,并降低了体积重量和成本。最后根据上述理论,设计了基于长波致冷型探测器的两档变焦红外光学系统,可实现320mm/80mm两档变焦,工作波段7.7～9.5μm,F数为2,满足100%冷光阑效率。评价结果表明,该系统像质优良,满足实际需求,证实了该种方法也具有一定的可行性。     

折射式红外变焦光学系统内部杂光分析

针对折射式红外变焦光学系统内部的杂散辐射,设计了焦距240-60mm、系统F/#为4、视场11.96°-2.84°、工作波段为3.7-4.8μm的制冷型中波红外变焦光学系统。该系统为二次成像结构,并且有100%的冷光阑效率。利用杂散光分析软件Light Tools,建立光学机械结构模型并判断出关键表面,分析得到探测器像面接受的热辐射,根据信噪比推断出目标的最小辐亮度。采用光路倒置的方式分析光路中各光学表面产生的冷反射大小,分析了光学系统在不同焦距时的冷反射效应,结果表明该光学系统具有较好冷反射抑制效果。     

红外变焦系统结构设计

为了模拟目标成像大小的变化过程,设计了一款17x的红外变焦系统,为保证系统在变焦过程中像面的稳定性,应用动态光学知识在Matlab中建立数学模型,得到变焦拟合曲线。重点针对变焦系统的结构进行了设计与分析,由物理制约条件出发分析了凸轮直径、工作转角及螺旋升角间的关系。实验表明,基于动态光学设计的凸轮曲线可以保证系统在变焦过程中像面稳定,成像质量良好。     

大相对孔径红外变焦距光学系统设计

设计了工作在8~12μm波段的非致冷红外连续变焦光学系统。该系统由4组元5片透镜组成,其中前固定组、变倍组和补偿组均只有1片透镜,后固定组为两片。焦距50~200mm,相对孔径较大,为1∶1。设计过程中编写了适用于二组元变焦系统的ZEMAX宏程序,该程序可给出凸轮曲线的数据和形状,同时使像面位置不受限于高斯光学关系,能够满足某些焦距位置离焦的要求。系统在空间频率为20lp/mm处,各个视场的MTF值均在0.4以上。     

变焦电子腹腔镜物镜光学系统的设计

医用内窥镜在现代医学中的应用越来越广泛,为了使医生在临床检查的时候能够更好的观察病灶图像,设计一种可以实现变焦的电子腹腔镜物镜的光学系统,可以对病灶图像进行原位放大观察。以高斯变焦公式为基础,利用ZEMAX软件模拟设计了一个变焦物镜的光学系统,当视场范围在24°~64°,焦距在5mm~15mm三倍变焦,成像大小保持在6mm左右。传递函数设定在40线对时,其传递函数(MTF)要满足≥0.6,点列图弥散斑直径≤0.05mm。设计具有大视场,镜片数少,结构简单等特点,可以对病灶图像进行放大,具有较高的实际应用价值。     

双波段共口径连续变焦光学系统设计

为了解决反射式共口径光学系统装调难度大,存在中心遮拦,能量利用率低的问题,采用折射式共口径、分光板分光的方式,设计了一款双波段共口径连续变焦的光学系统。可见光系统实现了10倍变焦,中波红外系统实现了3倍变焦。采用光学被动式对光学系统进行了消热差处理,并基于约翰逊准则和最小可分辨温差(MRTD)模型分析了可见光系统与中波红外系统的探测距离。设计结果表明,在-40～+60℃的工作环境中,经过消热差处理,可见光系统各组态调制传递函数值在截止频率145 lp·mm^-1处均大于0.28,最大视场可以达到26.4°;中波红外系统各组态调制传递函数值在截止频率31 lp·mm^-1处均大于0.3,最大视场可达到22.6°;运用多点拟合法得到系统的变焦曲线,变焦曲线平滑无拐点,满足双波段共口径连续变焦系统的成像质量要求。     

双波段共口径共变焦光学系统设计

为了实现可见、红外两个波段同时观测、跟踪及测量的目的,设计了一款可见/中红外双波段连续共变焦光学系统.系统采用共口径方式同时接收可见、红外两个波段的光波.利用直接变倍比差补偿法对两个波段的变倍比差进行补偿,使可见、红外两个波段变倍比相同且在任一变焦位置焦距相等,满足双波段共口径共光路共变焦的要求.设计结果表明:系统变倍比为12×,焦距范围7~86mm.常温下,可见光工作波段为0.38~0.76μm,其调制传递函数值在空间频率80lp·mm-1处达到0.5以上;中波红外工作波段为3~5μm,其调制传递函数值在空间频率为20lp·mm-1处达到0.6以上.总体积小于392mm×58mm,成像质量满足设计要求.     

长波制冷型热像仪光学系统设计

根据制冷型热像仪的技术要求,从机电补偿式消热差出发,设计了一套三片式、结构紧凑、质量较轻的制冷红外热像仪光学系统。热像仪工作波段为8μm～12μm,光学系统焦距50mm,F数为1.7,视场11.2°×8.2°。光学系统的成像质量接近衍射极限,在探测器的Nyquist频率处各视场的MTF值均大于0.5,各视场的弥散斑直径小于0.05mm,满足热像仪的成像要求。     

一种用于光电火控的变焦光学系统设计

设计了一种变焦比为4的连续变焦系统，用该系统构成的变焦电视摄象仪可实现对远距离空中目标的检测。其特点是变焦可以实现全自动化和数字化控制。     

高斯光束的激光变焦扩束光学系统设计

远距离激光主动探测体制对扩束发射光学系统的扩束能力及其对距离的适应性能提出了较高的要求。针对某系统所用的1.06μmYAG调Q脉冲激光器,分析设计了一个可变扩束比为1.5-10的变焦扩束光学系统。按照高斯光束特殊传输及变换规律对变焦扩束系统进行分析,得出了可用的初始结构参数,并以此优化设计出的扩束光学系统满足了系统扩束比及其变焦范围的要求。     

中波红外摄远物镜设计

红外摄远光学系统具有系统长度小于焦距的特点,这样在同一焦距下摄远型光学系系统的体积、重量、成本要比非摄远型大大降低。针对Selex公司的MW/LW CCD红外探测器,利用ZEMAX光学设计软件设计了一款工作波段为3~5μm的红外摄远物镜,此系统焦距300mm,摄远比达到0.8,F数为3。在截止频率为17lp/mm时,各视场调制传递函数达到0.7以上,基本接近衍射受限。各视场点列图均方根半径均远小于艾里斑半径,系统具有良好的成像质量。系统结构紧凑,性价比高,满足了光学系统的设计要求。     

红外变焦距光学系统的设计

由于非致冷焦平面阵列红外探测器不需要制冷,可以在常温环境下工作,因此配合这种探测器的光学系统在军事和民用上得到了非常广泛的应用。本文介绍一种用于非致冷焦平面阵列红外探测器的长波红外变焦距系统的设计,系统采用传统的透射光路形式,其工作波段8-12μm,变倍比3.5:1,最后利用CODE V光学设计软件对其像质进行了评价。     

红外尺寸自动分选仪光学系统设计

本文通过红外尺寸自动分选仪光学系统的设计,详细地讨论了在车间条件下使用的非成象精密光学装置中光学系统的特点。设计思想及评价方法。并给出一个适用的光学系统的设计结果。