超大空域凝视光学系统的光阑像差

鱼眼透镜和超广角镜头具有很严重的光阑球差、光阑彗差。本文主题是：如何简捷计算其光阑球差以准确描述轴外物点成像光束的位置和结构以及如何利用光同阑彗差造成有效的像差渐晕以改善像面照度分布；文章提出用截断级数和微分方法解算光阑球差近似值，用诱导迭代方法人为扩大光阑彗差以增强像差渐晕效应，并达到了预期目的。     

《光学系统设计》简介

《红外与激光工程》编辑部组织翻译的《光学系统设计》(内部资料)现已出版发行。该书主要内容包括：基础光学与光学系统技术要求；光阑、光瞳和其他基本原理；衍射、像差和像质；光程差的概念；几何像差及其消除方法；玻璃的选择(包括塑料)；球面和非球面；光学系统的设计型式；光学设计过程；计算机性能评价；高斯光束成像；红外热成像基础和紫外光学系统；     

五通道红外全景光学系统设计

为了实现全景范围内的多目标跟踪搜索,克服连续捕获新目标时出现的低效、实时性差等缺点,提出了一种五通道红外全景系统设计方法.该方法利用空间分布5个视场大于90°的红外物镜与转向系统将五路光汇合成一路光,使用一个探测器代替多个探测器接收方位和顶视的图像信息,实现了方位360°和顶视90°视场范围内的成像,同时降低了系统的设...     

半球环形全景成像紫外光学系统设计

阐述了一种基于半球环形全景成像的紫外光学系统,从大视场的需求角度出发,设计了半球环形的全景成像光学系统,该系统可以实现对180°(H)×40°(V)空域实现成像覆盖的需求,系统适用于紫外成像,由于紫外波段系统材料较少,为减小系统像差,在第一片镜片采用了镀膜折返式方式进行设计,该设计不但实现了扩大系统视场接收范围的能力,...     

入瞳位置前置式双通道全景环带光学系统设计

全景环带光学系统在机器视觉领域等领域中有广泛的应用,该类系统不断追求小型化、紧凑化,并且在保证系统结构紧凑小巧的同时实现大视场探测。针对上述需求对全景环带成像光学系统开展研究,并在分析全景环带头部单元形式的基础上设计了一款双通道全景环带光学系统。该系统由边缘视场通道以及中心视场通道组成,两个通道分别由入瞳位置前置式全景环带系统以及中心视场系统进行构建。通过合理的搭配,最终系统中心视场通道视场范围为0~18.5,边缘视场通道视场范围为38~83,在设计过程中,使用even-ogive面型对全景环带系统的特定面型进行设计,并对如何使用该面型进行了描述,最终所设计的系统的两个视场通道均可在0.486~0.656 m可见光波段内清晰成像,光学系统结构紧凑,成像质量良好,满足使用需求。     

单光学系统全景环带立体成像技术

提出一种基于全景环带透镜(PAL)的新型全景环带立体成像系统。该系统含有两组同轴放置并成像于同一个传感器上的PAL单元,其成像圆为两内外相接的圆环。物体经过两个PAL单元分别成像于两个环中,通过三角测量法比较相同物体的像在两个圆环中的位置差异,可提取出物体的距离信息。这种新型的光学系统的中央盲区被其中一个PAL单元所利用,成为这个PAL单元的成像圆,增加了传感器像素的利用率。系统可提取立体信息的视场角为(60°~105°)×360°;提取深度信息的分辨率约为在500 mm范围内区域高于1 line/cm;为了使系统适用于较暗的光照环境下,其F#约为3。具体介绍了其设计过程,提取深度信息的方法和精度的分析过程以及实物和照片。     

折反式红外全景天空相机光学系统设计

利用红外全景天空相机可以获得天空中云的分布和温度信息,从而可对天气状况做出判断。采用等距离投影成像方式,可根据简单的数据转换关系从天空全景图像中任意点的位置坐标得到其对应的空间角度。为了实现等距离投影红外全景相机的设计,提出了一种简洁高效的计算等距离投影反射镜面型的数值方法,并在此基础上设计了8~12 m 长波红外波段全景天空相机。该相机的视场角为360（5~80）,校准畸变量在0.02%以下,MTF 值在探测器Nyquist 频率处高于0.4,非常适用于全景天空观测。     

星载红外双谱段高光谱成像仪光学系统设计

针对国内外星载红外高光谱成像数据空白和迫切应用需求,本文提出了星载红外双谱段高光谱成像技术方案,实现高空间分辨率、高光谱分辨率和高温度灵敏度成像。工作谱段覆盖中波红外(3～5μm)和长波红外(8～125μm),中波和长波红外谱段的光谱分辨率分别为50nm和100nm,空间分辨率为60m,成像幅宽为60km,噪声等效温差优于02 K。分析确定了红外高光谱成像仪的光学系统技术指标,设计了望远光学系统、光谱成像光学系统和高光谱成像仪整体光学系统。望远光学系统采用自由曲面离轴三反设计方案,实现了大相对孔径像方远心和低畸变设计,相对畸变小于0135;光谱成像光学系统采用Wynne Offner结构形式,实现了高成像质量、轻小型化设计,不同波长的传函均接近衍射极限。设计结果表明,星载红外双谱段高光谱成像仪的光学系统成像质量优良,结构布局紧凑合理,具有较强的工程应用价值。     

轻量化折衍混合中波红外热像仪光学系统设计

基于一个传统的折射式中波红外热像仪,采用CODE V软件设计了一个轻量化折衍混合热像仪光学系统,该系统采用全硅材料,衍射面设计在硅透镜聚乙烯涂层上,混合系统光学参数为f'=150 mm,F/#=2.0,2w=4.6°,波长范围3.7～4.8μm.精确计算了衍射光学元件的面形参数,得到衍射环最小周期为1 405.2μm.对传统折射式热像仪和折衍混合热像仪的像差特性进行了对比,结果表明:折衍混合热像仪的像质较传统折射式热像仪的像质得到明显改善.折衍混合热像仪的重量仅为传统折射式热像仪重量的40%.     

离轴三反同时偏振成像仪光机设计

基于离轴三反的前置望远系统,结合分振幅同时偏振成像技术,设计了一种运用于卫星平台环境的高空间分辨率的同时偏振成像仪,能同时获取目标的斯托克斯偏振参数,为抑制海面耀光、海雾、大气辐射等干扰,提升探测目标对比度提供了一种有效手段,在进行动态目标探测方面具有明显优势。并以光学设计为输入进行详细结构设计。最后通过实验室整机性能测试,仪器的工作谱段500~700 nm,视场角8.50.1,空间分辨率为5 m@500 km,光学MTF0.4@71.4 lp/mm,在高度角30、反射率0.2的条件下,信噪比优于38 dB,偏振测量精度优于1%（P 0.3）,整机一阶模态195 Hz,结构能够承受发射时严苛的力学环境,具备良好的强度和刚度。整机性能满足实际使用需求。     

热红外高光谱成像仪的灵敏度模型与系统研制

热红外谱段是对地观测高光谱遥感中非常有用的波段,受限于技术发展,热红外谱段的高光谱成像系统在国内的空间光电系统中并不多见,近年来在国家相关部门的支持下发展迅速,取得了较大进展。结合十二五期间研制的机载热红外高光谱成像仪系统,建立了信号流模型,对系统背景辐射进行了建模仿真,并对红外焦平面组件等效暗电流进行了分析测量,在此基础上得出了影响系统的探测灵敏度的关键因素,给出了系统设计低温光学100K制冷的设计依据。机载热红外高光谱成像仪研制完成后,还进行了探测灵敏度实际测量并与仿真结果进行了对比分析,对未来进一步发展热红外高光谱成像技术积累了重要数据。     

天基双通道AIS信号侦察系统方案设计与分析

天基AIS信号侦察系统可获取上千海里内船舶的AIS信号,形成国 家周边海域乃至全球海域的AIS态势信息。通过分析国内外相关研究成果,提出独特的天基 双通道AIS接收系统方案,并对关键参数进行论证比较,为研制通用性和平台适装性好的天 基AIS侦收系统提供理论参考。     

红外搜索与跟踪系统中光学指向器的设计

给出了一种红外搜索与跟踪（IRST）系统中红外指向器的设计方案,在分析了IRST系统及指向器整体特点的基础上,着重讨论了红外指向器各组成部分的工作原理及设计方案。红外搜索与跟踪系统要求目标搜索范围大、周期短、系统反应时间短,同时还要求体积小、质量轻,并尽可能降低成本。为了达到以上目的,采用了六棱台转鼓结合双面翻转反射镜扫描光路的方案,较好地达到IRST系统的各项指标要求。对伺服控制系统的设计是根据不同组件对速度、位置精度的要求选用合适的驱动电机、编码器与控制方法,力求满足精度要求的同时做到体积小、成本低。实验证明,此红外指向器技术先进,方案合理,其性能达到了IRST系统的各项指标要求,目标搜索实验效果良好。采用巧妙的设计方案有效解决了IRST系统大视场快速扫描与轻小型化、低成本化的问题。     

一种基于热像仪的机载红外测量系统设计与实现

设计了一种基于热像仪的机载红外测量系统。该系统主要用于加载于空中平台上,实现对目标红外特性的空中跟踪测量,获取目标高仰角的全方位红外和可见光特性图像数据。系统结构设计采用模块化设计,重量、尺寸较小,抗震性强,符合挂飞的有关要求,能够稳定跟踪并测量海上目标的红外及可见光特性。该系统采用了被动隔离加主动陀螺稳定控制的技术、光学镜头无热化补偿措施和内场精密标定技术,具有很强的环境适应能力、作用距离远、测量精度高,整体技术与性能处于国内领先水平。     

折反式周视红外成像系统光学设计

为增大周视成像系统视场的同时有效降低红外光学系统的复杂度,采用折反式光学结构,通过反射镜及透镜光焦度的合理分配,引入衍射面。分别设计了视场为360°×（-40°～50°）的折反式一次成像非制冷红外周视成像光学系统及视场为360°×（-30°～50°）的折反式二次成像光学系统。其工作波段为8～12 μm,光学系统F数为1.2。该系统可实现360°全方位和一定俯仰角度范围内凝视成像。设计结果表明,该系统的结构简单紧凑,后截距大,成像良好,在空间频率20 1p/mm处的调制传递函数(Modulated Transfer Function, MTF)值大于0.4,能满足应用需求。     

尾流气泡参数测量系统的光学设计

针对尾流气泡成像存在的难点,采用片光源切片扫描与高速摄影相结合的技术手段,研制了一套尾流气泡参数测量系统。该系统采用片光照明,避免了尾流区气泡图像层叠;设计了三组倍率可切换镜头,实现了对粒径是大动态范围的小气泡的成像;将镜头分裂成前后组,以平行光中继,通过片光与前镜组的同步移动,可实现尾流区一定体积内气泡图像的采样,同时还能保证扫描过程中始终成像清晰。还讨论了前组镜头移动对成像质量的影响、片光源厚度选择以及系统畸变校正等问题。设计结果表明,系统成像效果良好,满足项目技术要求。