OLED数字化对准读数零位仪二次成像光学系统设计

采用大靶面、高像素数OLED(8.4寸2560×1600)实现了瞄准镜零位走动检测的数字化对准读数需求,OLED经前置投影系统压缩成像后再经准直物镜形成无穷远目标,该目标成像在被测瞄准镜的分划板上,通过移动OLED电子分划来实现被测瞄准镜零位走动的大测量范围下的高分辨率检测。前置投影系统和后续准直系统分开设计,利用ZEMAX软件进行仿真,设计后的系统MTF≥0.3@80lp/mm,点列图弥散斑直径控制在艾里斑以内,达到衍射极限,系统成像质量良好,保证了测量范围大于20mil,分辨率可达到0.015mil。     

高均匀性长波红外远心照明系统设计

基于数字微镜器件(DMD)的红外景象模拟器可在室内环境下模拟真实景物及其环境的红外辐射,实现对红外成像系统性能的准确测试与评估。照明系统作为红外景象模拟器的重要组成部分,为其提供红外辐射能。为使光束均匀照射在DMD器件表面,通过分析研究黑体特性及朗伯定律,确定采用像方远心光路作为照明系统的结构形式。以拉氏不变量为依据研究确定的照明系统特性参数,能够实现与投影系统完美衔接。根据设计参数完成对照明系统初始结构的计算,利用ZEMAX进行调制、优化,并完成像质评价。设计结果表明,以此方式设计的照明系统均匀性高、球差小,可进一步提高模拟仿真效果。     

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。     

用于OLED数字化白光零位仪的双远心投影物镜

为了实现瞄准镜的瞄准基线变化量在大范围下的高分辨检测,设计一种双远心光路的投影物镜。投影物镜将大靶面、高像素OLED成像在准直物镜的焦面上,经准直物镜后形成无穷远目标,该目标进入被测瞄准镜后成像在瞄准镜的分划板上,通过调节OLED电子分划来实现被测瞄准镜瞄准基线的测量。双远心光路采用准对称的结构以及对称变换设计方法,用Zemax软件对光学系统进行仿真和优化,达到了大视场(物方线视场2y=120mm)、长工作距离(物距达到500mm)、低畸变(全视场畸变低于0.1%)、高分辨率(全视场100lp/mm处MTF大于0.3,且点列图弥散斑直径小于8μm)、大景深(景深大于30mm)、和双远心(物方和像方远心度均小于0.1)的设计要求。系统成像质量良好,设计参数和指标满足光路衔接原则。     

折衍混合长波红外摄远物镜设计

红外光学系统具有可全天候工作、远距离观察等优势,在军事及民用领域均得到广泛应用。但由于温度对红外系统影响较大,所以需要对其进行消热差设计。依据消热差及色差原理选择适合的透镜材料,利用衍射元件的消热差和色差的特性,设计了波段为8~12μm,全视场为2ω=6°,焦距为 f=100mm , F数为2,温度补偿范围-40℃~60℃的长波红外折衍混合摄远物镜。使用保罗I棱镜来折叠光路,使系统结构紧凑,摄远比达到了0.8。该系统在-40℃~60℃范围内,调制传递函数（MTF）优于0.5,接近衍射极限,成像质量良好。     

长波红外反远距物镜光学被动消热差设计

为满足非制冷红外光学系统相对孔径大、长后工作距、温度适应性强的性能要求,采用反远距系统结构形式,设计了工作波段为8~12μm,F/#为2.5,全视场角为7.2°,焦距为100mm的长波红外物镜.通过光学被动式消热差方式,匹配光学材料及分配透镜光焦度,完成了红外物镜在-40~+65℃温度范围内的消热差设计,并对红外物镜的像质进行分析.仿真结果表明:不同温度下,系统各个视场内调制传递函数在奈奎斯特频率17lp·mm-1处均高于0.4,达到衍射极限,单个像元内能量均达到85%.系统整体无温度离焦,成像质量良好、结构紧凑,且适用于像元尺寸为30μm×30μm、像元数为320×240非制冷焦平面阵列探测器.     

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。     

基于DMD的红外双波段景象投影光学系统设计

描述了基于数字微镜器件(DMD)的动态红外景象投影系统的基本原理,设计了一种准直投影光学系统.此光学系统采用透射式,工作在(3~5)μm和(8~12)μm双红外波段,焦距为480 mm,相对孔径为1∶3.2,半视场角为1.3°,入瞳距为240 mm.最后对设计结果进行了分析,给出系统的调制传递函数曲线,表明光学系统的像质满足使用要求.     

大视场全天候折反式红外全景云量观测

为了实现红外全景相机在全天候条件下对云量的远距离探测,设计了一种基于长波红外波段的全景成像光学系统.通过全景相机拍摄获得云的红外辐射分布信息,结合云量计算实现了对天气状况的判断和预测.系统采用折反式结构,利用等距离投影模式进行了反射镜面型拟合数值求解.结果表明:云量观测光学系统工作波段为8~12μm,F数为2,焦距为6.5mm,视场角为360°×120°,校准畸变量在±0.5%以内,调制传递函数值在奈奎斯特频率为30lp·mm~(-1)处接近衍射极限,在-40~45℃范围内衍射面与非球面相结合的方式实现了光学被动式消热差设计,系统估算探测距离达到7 km.适用于远距离全天候观测.     

车辆夜间驾驶辅助系统设计

本文针对车辆夜间驾驶过程中视线盲区或者会车过程中车灯对驾驶者的干扰所造成的安全隐患,提出一种近红外多波长自动切换车辆夜间驾驶辅助系统的设计方法.所设计的系统包括可变波长近红外照明系统、超焦距红外成像光学系统、波长自动转换系统、红外成像及信号处理系统、车辆电子控制单元(ECU)连接系统以及投影或屏幕显示与目标提示系统等.该系统利用辅助近红外光源提高道路的红外照明条件,并通过多个近红外照明和成像波长的自动切换实现近红外清晰成像,避免相对行驶车辆会车时光线的相互干扰,提高车辆驾驶的安全性.针对系统主要要求,设计了中心波长850 nm,峰值透过率高于90%,带宽小于20 nm的带通滤光片;确定了满足180 m照明距离所需要的发光二极管的总功率为30 W.     

面曝光快速成形系统的光学成像系统设计

为了得到曝光量均匀的工作面,满足面曝光快速成形技术的需要,提出1种对投影仪成像光路的改造方法.选择反远距光路,2次成像的光学成像系统设计方案,使用非定制镜片,设计用于面曝光快速成形系统的光学成像系统,该系统由2个组元和1个光阑构成.使用ZEMAX软件对像差进行分析,系统最大慧差值为0.08mm,最大像面畸变为1.1%,像面中心分辨率达0.05mm.该成像光学系统的设计,为低成本面曝光快速成形系统的构建提供了基础.     

红外双层衍射光学元件衍射效率研究

红外衍射光学系统中衍射元件的设计波长直接影响光学系统的衍射效率.介绍了常见的三种红外材料,利用整个波段(3~14μm)衍射效率的平均值作为评价红外双波段衍射效率的因子,分别模拟了三种不同材料组合下,561种设计波长组合的平均衍射效率.结果得出:三种材料的不同组合,在与之相对应的设计波长下,其衍射效率平均值均可达到96%以上.设计了含有双层衍射元件的中远红外光学系统:入瞳直径EPD=33mm,视场2ω=9.2°,焦距f′=50mm,中波红外的传递函数(MTF)在40lp/mm所有视场达到0.6,长波红外在40lp/mm所有视场达到0.2.     

双波段红外摄远物镜设计

红外双波段成像系统以其全天候环境适应和抗干扰能力,以及双波段信息量互补等特性,在科技以及军事领域获得了广泛应用。本文分析了红外光学系统的结构形式和红外材料的特性,应用ZEMAX光学软件设计了一个焦距为200mm,F数为3,2w=7．04。的双波段红外摄远物镜。利用像差平衡理论,在设计过程中通过非球面的使用解决了红外双波段摄远物镜的像差校正问题,极大地改善了成像质量。在截止频率为171p／mm时,长波红外各视场的MTF值均大于0．3,中波红外各视场的MTF值均大于0．5。系统结构紧凑、性价比高,满足了设计要求。     

“日盲”紫外信号目标模拟器光学系统设计

"日盲"紫外探测系统由于工作在日盲区,具有独特的探测优势,在民用和军事领域都得到了广泛的关注和应用。完成了"日盲"紫外信号目标模拟器光学系统的研究和优化设计。基于"日盲"紫外光谱特性,研究目标模拟器的设计的工作原理和设计方法,给出了"日盲"紫外信号目标模拟器的光学系统设计和像差评价。设计完成了一款焦距500mm、相对孔径1/10、波段0.24μm~0.28μm、视场角2°的"日盲"紫外信号目标模拟器系统。系统共采用了4片球面透镜,由两种紫外光学材料组成,光学系统总长540mm,光学传递函数在37lp/mm时大于0.7,畸变小于0.005%,具有成像质量好、结构简单紧凑的优点和很高的应用价值。     

一种基于光学优化设计的冷反射抑制

在热红外成像系统中,经常会显示出在可见光系统中少有的图像变形影响,冷反射则成为红外成像系统的一种主要的成像缺陷。本文分析了在红外热像系统中冷反射产生的原因及相关的解决方法,并运用CODE-V软件给出了实例,提出了以光学设计为基础的行之有效的解决办法。     

大视场红外搜索系统的光机结构设计

设计了具有小型化、集成化的兼具大视场和高分辨率的红外搜索系统。首先阐述了系统的工作原理：采用扫描成像方法将9个凝视视场的图像拼接获得大视场高分辨图像;光学系统结构由偏移视场棱镜组、扫描镜和成像镜头三部分组成,光学设计的单个凝视视场范围为6.87°×5.50°,通过上述扫描方式拼接后获得6.87°×45.10°的大视场,对系统的成像质量进行了分析与评价,在20lp/mm时系统MTF接近衍射极限;重点介绍了扫描镜机构中传动装置以及图像采集时序设计,完成加工装调后系统重量52kg,扫描装置运转平稳,光机设计结果均达到设计要求。     

激光热度仪光学系统设计

激光测温具有测量精度高、响应速度快、非接触、远距离测量的特点,在工农业生产、科学实验等领域得到了广泛应用。本文设计了一种三通道激光测温光学系统,系统由激光指示、红外接收和成像光学系统三部分组成,光学转像系统采用三通道斜方棱镜系统具有结构紧凑、重量轻、体积小等优点。光学系统参数为：成像系统入瞳直径D=16mm,焦距f’=35mm,视场角2ω=3°;三通道斜方棱镜转像系统长90ram,宽30mm;激光器工作波段532nm。     

基于TFT-LCD的动态星模拟器光学系统设计

设计了一种视场28°、相对孔径/=1.7和焦距=60.636mm的动态星模拟器光学系统。通过分析像质,MTF数在空间频率为50lp/mm时达到了0.4,最大畸变为0.175%,此动态星模拟器的光学系统完全满足设计要求。     

基于DMD的红外目标模拟器光学系统的设计

介绍了DMD的工作原理以及相应的红外景象模拟技术的特点,设计了一种工作在8-12μm波段的红外目标模拟器。对系统整体进行建模、分析,DMD表面照度均匀。投影系统采用四片式结构,焦距405mm。MTF在10lp/mm处大于0.5,弥散斑均方根半径小于衍射极限,系统畸变控制在0.5%以内。该系统结构紧凑,性能良好。