一种折反二次成像式长波无热化光学系统设计

介绍了一种长波无热化光学系统,利用反射元件与折射元件光热效应相抵消的原理,实现了无热化设计.反射系统采用卡式结构形成一次像点,折射系统将一次像点最终成像在焦平面上.该系统在不采用衍射元件下实现了良好的无热化效果.     

应用于空空导弹的二次成像折反式红外光学系统的设计

介绍了一种抑制太阳光干扰的光学系统,在给定了光学参数与结构参数下,采用传统光学系统很难抑制太阳辐射干扰.在经典卡式系统的基础上增加二次成像单元,并配合适当的遮光罩与挡光板成功解决了太阳光干扰的问题.卡式系统有效解决了空间狭窄中光学系统尺寸受限的问题,这样拦光结构在狭窄的空间内得以实施;二次成像系统使光学系统成功实现冷光阑匹配,较经典卡式系统大大提高了系统灵敏度同时有效地抑制了太阳辐射干扰.     

大视场日冕仪光学系统杂散光抑制

大视场日冕仪主要用来对215倍太阳半径内的日冕进行全周向观测以监测太阳活动并对影响日地空间的灾害性空间天气进行预警。根据杂散光抑制要求,将大视场日冕仪的光学系统设计成外掩透射式二次成像结构,其光学系统长度为355.89 mm,视场为±20°,焦距为40 mm。将大视场日冕仪杂散光按照光强分为三级,其中一级为太阳直射光,二级为外掩体和外窗口边缘的衍射光,三级为内掩体表面反射光、物镜口径边缘的衍射光和散射杂散光。对这三级杂散光分别进行抑制后得到内视场的杂散光抑制水平为10-9量级,外视场的杂散光抑制水平为10-13量级。     

可见光光学系统杂散光抑制

以光电跟踪测量系统可见光镜头为例,通过对镜头进行仿真分析,寻找杂散光斑形成原因,然后进行杂散光抑制设计,并与实际测试结果对比,验证软件分析方法的可靠性。对光学系统建立软件分析模型,确定一次散射路径,对2°~3°内各离轴角分别进行杂散光分析,找出主要杂散光源。与实际光学系统测试结果对比,以确定分析的正确性。仿真分析结果表明:离轴角在2.20°~2.65°之间,杂散光在像面中心形成明显杂散光斑,点源透过率(PST)为2.92×10-4。最后通过修改结构,消除杂散光斑,PST降为3.53×10-5。软件分析得到镜头的杂散光斑及其来源,与实际测试结果一致,验证了软件分析方法的正确性与准确性。     

大视场红外折反光学系统杂散光分析

杂散光分析是保证光学系统成像质量的关键技术之一,根据红外光学系统杂散光的定义,指出大视场红外光学系统的杂光来源,以及杂光对系统的影响,并且建立了消杂光结构。在消杂结构中,为了减少内部辐射,遮光罩内部使用反射式挡光环。采用TracePro软件对系统进行建模、仿真分析,结果表明此红外光学系统的杂散光得到很好的抑制:太阳杂光抑制水平PST可以达到10-5～10-8,内部辐射到达像面杂散光能量量级为10-10 Ｗ,系统可以实现清晰成像。     

同轴两反光学系统杂散光分析及内遮光罩优化设计

针对某同轴两反光学系统的空间布局特点设计了内遮光罩,并对内遮光罩不同的高度和直径参数进行了系统的杂散光分析,绘制了系统东西方向和南北方向的点源透射率(PST)曲线并得到系统像面处的辐照度,从而为内遮光罩的杂散光抑制能力提供了量化的对比结果,便于内遮光罩进行优化设计。通过杂散光分析,并对内遮光罩的结构强度等参数进行有限元分析(FEA)校核,确定了该口径为320mm的同轴两反光学系统的内遮光罩高度为100mm,直径为44.8mm,使得该遮光罩结构在满足空间遥感器力学性能的要求下达到杂散光抑制的最佳效果,实现了杂散光分析及基于结构FEA的优化设计。     

3.7~4.8 μm红外二次成像折反射式光学系统设计

为满足小、远目标和空间目标的光学特性测量需求,提出以RC结构为设计基础,通过曲线方程和高斯公式确立反射式光学系统初始结构参数。为达到优化设计目的,结构中引入了二次成像中继镜组,解决了100%冷光阑效率问题。通过ZEMAX建立评价函数,仿真测试表明:设计完成的红外二次成像折反射式光学系统口径200 mm,焦距380 mm,结构紧凑简单,成像质量满足实际测量需求。     

不同结构地基光电探测系统的杂散光抑制

分析了不同结构形式的地基折反式光电探测系统的杂散光特性,讨论了相应的杂散光抑制方法.针对有无中间像面的光学系统,分别给出了两种不同的杂散光抑制方案,并对其中的长波红外系统进行了自身辐射分析.结果表明:对于无中间像面的折反系统,外遮光罩可以更好地抑制大离轴角度的杂散光;对于有中间像面的折反系统,采取光阑组合和设置主镜内遮光罩的方式就可以很好地抑制外部杂散光,在满足自身辐射要求的前提下,有效减少因设置外遮光罩而增加的长度和质量,有利于小型化和轻量化.     

一种激光与红外复合光学系统设计

介绍了一种半主动激光与长波红外共口径复合光学系统。光学系统采用折反式光路结构,半主动激光系统与长波红外系统在主反射镜处实现共口径复合。利用反射元件无色差的特性,可以有效地实现两种波段的共口径共光路传输。经过主次反射镜反射后,两种波段的入射光通过分光器件高效地实现分离,分别进入各自探测器中,实现了复合光学系统设计。通过采用折反式光路,结构保持了相对紧凑;前段望远物镜系统采用卡塞格林式反射系统,具有无色差的优点,同时避免了选用价格昂贵的宽波段透光材料,实现了成本控制。     

反射光学系统杂散光的消除

成像光学系统中的杂散光会引起像质模糊和对比度下降,在对像质要求较高,或被探测的光能量微弱的情况下,必须对杂散光进行消除。R-C (Ritchey-Chretien)系统是卡塞格林系统的一种形式,在地面光电探测和空间对地观测等方面都有广泛应用。以焦距为2 m,相对孔径为1/4的R-C系统为例,介绍了利用计算机仿真技术进行消杂散光设计和评价的原理,结合CAD建模进行了主镜内遮光罩、外遮光筒、次镜百叶窗式遮光罩的设计。使用光线模拟追迹软件TRACEPRO建立的测试系统进行仿真测试,得到R-C系统的杂光系数为6.4%,证明了设计的可行性,为应用和进一步的优化设计提供了依据。     

基于Lighttools和Matlab的内辐射杂光分析方法研究

针对红外系统内辐射杂光对系统成像影响严重的问题,以一个具体红外系统为例,基于Lighttools和Matlab软件,提出一种适用于红外系统的内辐射杂光分析方法。针对分析结果所确定的需要重点消除杂光的表面,提出了相应的杂光消除措施。经验证,该方法对于寻找内辐射杂光来源,消除内辐射杂光具有很好的效果和适用性。     

手机镜头的光学系统设计及杂散光模拟

为了满足现代手机镜头对高像素、小型化以及无杂散光的要求,采用光学塑料非球面技术以及蒙特卡洛光线追迹法,使用CODEV光学设计软件,设计了1款三单元5106像素的手机镜头。同时,运用LightTools光学分析软件进行杂散光分析。结果表明,该镜头的F数为2.6,全视场角为72.9,系统总长为3.1mm。最终组装产品的性能测试结果能满足设计要求,且无不可接受的杂散光。     

三维激光扫描技术下杂散光大数据预处理系统设计

杂散光的产生会降低图像对比度与信噪比,影响扫描测量结果准确性,基于此,提出三维激光扫描技术下杂散光大数据预处理系统.通过三维激光扫描系统原理与工作流程,分析杂散光点源透射比、双向散射分布函数与基本传输方程,建立6种杂散光传输路径模式;利用小数定标规范方法对三维激光数据做规范化处理,确定神经网络模型,将最速下降BP算法作...     

宽视场推扫式成像光谱仪杂散光校正方法研究

为了满足海洋水色宽覆盖与高灵敏度探测的遥感需求,正在研制一台宽视场推扫式成像光谱仪原理样机,针对该仪器存在的杂散光现象展开了研究。由于推扫式成像光谱仪穿轨和沿轨方向上视场存在巨大差异,这导致穿轨方向上的杂散光远大于沿轨方向,并明显地表现在图像中。为了避免杂散光影响海洋水色的定量化反演,建立了杂散光模型,并以此为基础提出了杂散光校正的方法,同时给出了校正效果的定量化表征。结果表明,该方法可以利用实验数据有效地消除成像光谱仪视场内杂散光的影响。     

Design and development of multicolor MWIR/LWIR and LWIR/VLWIR detector arrays

Multicolor infrared (IR) focal planes are required for high-performance sensor applications. These sensors will require multicolor focal plane arrays (FPAs) that will cover various wavelengths of interest in mid wavelength infrared/long wavelength infrared (MWIR/LWIR) and long wavelength infrared/very long wavelength infrared (LWIR/VLWIR) bands. There has been significant progress in HgCdTe detector technology for multicolor MWIR/LWIR and LWIR/VLWIR FPAs.^1–3 Two-color IR FPAs eliminate the complexity of multiple single-color IR FPAs and provide a significant reduction of weight and power in simpler, reliable, and affordable systems. The complexity of a multicolor IR detector MWIR/LWIR makes the device optimization by trial and error not only impractical but also merely impossible. Too many different geometrical and physical variables need to be considered at the same time. Additionally, material characteristics are only relatively controllable and depend on the process repeatability. In this context, the ability of performing “simulation experiments” where only one or a few parameters are carefully controlled is paramount for a quantum improvement of a new generation of multicolor detectors for various applications.     

分布式杂散电流监测防护系统设计

设计基于城市轨道交通供电系统的组成、探讨杂散电流的成因、分析其腐蚀危害机理;设计出一个单相导通装置及放电间隙控制杂散电流的影响范围,实现排流二极管支路的设计,并实现单片机控制系统完成对杂散电流的防护与监控,实现了分布式杂散电流监测系统的设计,找到新型解决途径避免或减少其危害,保障城市轨道交通的安全及正常运营.     

中红外平面光栅光谱仪系统杂散光分析

为了抑制杂散光对中红外平面光栅光谱仪系统成像质量的影响,首先探讨了系统杂散光的来源,设计了遮光罩、挡光环和里奥光阑;然后针对用挡光板消除光栅衍射杂散光能力有限的问题,提出利用百叶挡光板和杂散光收集器组合来抑制杂散光的影响,并结合三维建模软件Solidworks和杂散光分析软件Tracrpro对系统进行了建模、分析和对比;最后针对某一型号红外热电堆阵列探测器并运用黑体辐射理论对其进行计算和分析,最终结果表明:光谱仪系统地气杂光抑制水平PST可以达到10-11,内部杂散辐射抑制能力有效发射率为1.3%,满足中红外平面光栅光谱仪系统杂散辐射的抑制要求.     

地铁(轻轨)杂散电流分布式在线监测系统设计

提出一种新型的分布式杂散电流在线监测系统,并给出实际组成结构.与现有的地铁杂散电流监测系统对比,具有比较好的性价比和极好的推广应用前景.