用于中红外成像的锗衍射光具

探测器技术的进展和信号处理电子技术的改进,已使红外成像系统的重量和体积得到减轻和减小。可是,光具的尺寸和重量却并未因这些戏剧性的变化而得到相应的改变。为了进行追赶,光具设计人员已开始转向用衍射光具来取代传统的红外成像透镜。     

采用室温光具的热红外成成象光谱技术（上）

热红外我谱技术的常规方法不是通过冷却光谱仪来减少有关波段的背影辐射,就是使用冷光学调制盘,要不铖就是两种方法都采用。这些方法均需要进行严密的遮光,而且为了防止探测器观察温暖的周围物体,常常需要使用中继光具;这样便会导致成本,复杂性,重量以及功率增加。     

在红外透镜设计中采用多相衍射光学元件

为了降低透镜复杂性和／或容差敏感性,许多红外透镜现在都已采用衍射光学元件（DOE）。在许多情况下,衍射表现都包括一个非球面,这样可以进一步校正像差。对于像多视和红外变焦透镜这样的复杂透镜系统来说,人们是很希望采用多个衍射光学元件的。本文对在红外透镜中采用多个衍射光学元件的性能效果及可生产性优点进行了评述。     

折射/衍射长焦距红外系统的设计

基于衍射光学原理的衍射元件(DOE)有着传统光学元件无法比拟的特点,其独特的色散性质有利于校正系统色差.通过理论分析得到衍射元件设计方法,并以此为基础设计仅含有两片锗透镜的红外成像系统.系统焦距达到300 mm,系统F数1.5,像高20 mm.设计结果表明,红外折射/衍射系统与传统红外系统比较,在要求的光谱范围内系统成像质量有明显提高.     

激光干扰条件下红外系统运动目标衍射成像方法

传统红外成像系统的激光成像过程受到外界多重干扰,所成图像中普遍存在高斯噪声,且噪声具有不定形性和低频性,严重影响图像质量.因此,研究激光干扰条件下红外系统运动目标衍射成像方法.首先分析激光在大气传输、红外光学系统以及探测器中的成像干扰特性,分别建立干扰模型;其次结合干扰特征,通过红外系统作用距离表达式,确定成像目标灰度...     

激进的透镜理论取消了衍射限

最佳结果并非都产生于正向思维.数百年来,透镜制造商是如此依赖具有正折射率的光学材料,以致他们从未对这些材料的内部调整提出过质疑.无论普通光具的成形或者抛光如何有效,它们都有一个衍射限,后者也为它们的精度划定了界限.光具分辨率方面的这种固有极限简直已成为一个定律.然而,英国皇家学院的物理学家列出的一系列方程式已发现这一定律的漏洞.     

红外瞄具温度应力可靠性检测系统研究

为了检测红外瞄具在高低温恶劣环境下对不同波长的红外目标成像可靠性,利用黑体和平行光管组成的光学系统模拟无穷远红外目标,红外瞄具置于高低温环境下,CCD采集红外瞄具对红外目标所成的像,从而判定高低温下红外瞄具成像质量。所设计的平行光管视场大,各波长对应焦平面处在20 lp/mm空间频率下的MTF均高于0.2。同时为了实现快速准确地在检测系统中提供稳定的-55~70℃的高低温实验条件,采用一种基于自适应模糊PID温度控制技术。采用自适应因子将模糊推理器和PID控制器相结合,通过在线自调整控制参数,进一步提高了PID控制器的性能和系统的控制精度。实验表明该方法提高了常规PID控制的动态响应过程并保持无静态误差,其控制精度可达0.05℃。     

衍射光激活的近眼式显示凝视追踪系统的开发

近眼显示（near—to—eye display,NED）是解决显示问题的一种方法,它显示的图像感觉上比设备本身还要大。我们已经研制出一种薄、轻、用户友好而且高效的透视式近眼显示原型机,在其表面使用了非常薄的含衍射结构的塑料光导管。为了有效地与显示用户界面互动,使用了相近的衍射光将一个基于视频的凝视追踪系统集成于近眼显示器中。     

傍轴光系统衍射计算的柯林斯公式及其计算方法的研究

为便于实际应用,本文提出三种计算柯林斯公式的方法并给出实验证明. 1) 菲涅耳衍射调制函数法.将柯林斯公式表为入射光波场与"菲涅耳衍射调制函数"的积,给出计算菲涅耳衍射调制函数的代数式,将衍射积分转换为代数运算; 2) 衍射传递函数法.将柯林斯公式表示为入射光波场的频谱与"柯林斯衍射传递函数"乘积的逆傅里叶变换,利用快速傅里叶变换进行计算; 3) 高精度快速傅里叶变换计算法.将柯林斯公式表示为可以用小容量FFT程序完成的高精度离散傅里叶变换式,利用小容量FFT程序自动完成任意给定精度的衍射计算. 最后,鉴于柯林斯公式不考虑光学系统内部的衍射受限问题,当傍轴光学系统内部的衍射受限不能忽略时,使用柯林斯公式将出现较大的误差.为此,本文还提出将光学系统沿衍射受限界面分割为若干子光学系统,利用柯林斯公式进行光波场空间追迹的计算方法.与此相应,柯林斯公式被表示成便于使用的空间追迹表达式.(OG7)     

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。     

无衍射光的大焦深成像系统及图像复原

提出了一种光学、数字图像处理技术相结合的可扩大光学系统焦深的新型成像技术.利用轴锥镜产生无衍射光,无衍射光束具有中心光斑直径小且传播距离远的特性,将无衍射光理论与技术应用到成像系统中可加大焦深且无需调焦.介绍了大焦深成像系统的基本原理,分析了系统的焦深,建立了大焦深成像系统实验模型,并用图像复原方法对实验图像进行了较好的恢复.实验结果证明采用无衍射光与图像处理技术相结合增大成像系统焦深的方法能使成像系统在较大的范围内有较好的成像质量.     

折衍射混合中波红外连续变焦光学系统设计

设计了一种基于机械补偿式大变倍比折衍射混合中波红外连续变焦光学系统。光学系统的焦距为50mm到600mm,变倍比为12:1。系统的变焦曲线平滑,图像可一直保持清晰,系统的MTF达到了衍射极限。这种折衍射混合连续变焦光学系统具有好的成像质量、灵巧的变倍机构,因此在高性能红外热像仪中得到广泛应用。     

折射/衍射混合长波红外连续变焦光学系统设计

为了提高图像的分辨率,提高红外系统的探测距离和探测精度,满足多种条件下的使用要求,基于最新的非制冷型384288凝视型焦平面阵列探测器,设计了折射/衍射混合长波红外连续变焦光学系统。系统工作波长为8～12 m,F数1.5,变倍比25:1。设计过程中,系统引入衍射面构成折/衍射混合结构,校正色差和高级像差,减少了透镜的使用数量,简化了系统结构。最后利用CODE V 光学设计软件进行了优化设计和像质评价,设计结果表明,系统在探测器的Nyquist频率（20 lp/mm）处,所有变焦距位置和视场的MTF值均大于0.4,接近系统的衍射极限。系统具有变倍比大、分辨率高、像质好、结构简单等特点,可应用于众多光电探测领域。