广角70°视场所／衍混杂目镜设计

以传统 4片 70°视场蔡司目镜为基础 ,用折 /衍混杂单透镜代替系统中的双胶合透镜 ,给出了衍射面分别位于单透镜两面不同位置时的折 /衍混杂目镜系统。结果表明 ,所设计的折 /衍混杂系统优于传统蔡司目镜 ;垂轴色差降低了 1个数量级 ,像散降低了 34% ,垂轴像差对于 0°、4 9°和 70°视场分别降低了30 %、16 %和 2 0 % ;系统的重量和尺寸有了很大的改善 ,分别降低了 5 7%和 10 % ,该折 /衍混杂目镜满足现代化广角 70°视场的头盔系统的一般要求     

红外折/衍混杂f-theta镜研究

根据现代红外激光扫描系统的需求,分别设计了工作于808 nm～1064 nm波段和1064 nm～1500 nm波段的折/衍混杂f-theta系统.系统分别由三片镜和四片镜组成,激光扫描范围分别为100 mm×100 mm和60 mm×60 mm.此二系统相配合,可以完成在808 nm～1500 nm波长范围的激光扫描工作.点列图分析表明,输出光斑质量优良均匀,在0视场、0.7视场、和全视场光斑均接近衍射极限.像差分析表明,系统最大色差为26 μm,最大场曲小于0.3 mm,最大f-theta误差小于0.03%.满足现代多工作波长、高精度激光打标机的实际需求.     

用于头盔显示器的折/衍混合全塑料目镜

衍射光学元件具有独特的负色散性质和以其任意的相位分布实现对光波面的任意相位调制的特点,用在光学系统中可大大简化系统结构,而光学塑料在进一步减轻系统重量方面有优势。设计了应用于头盔显示器的折/衍混合全塑料目镜,其有效焦距为30mm,视场角为40°,出瞳距离为20mm,出瞳直径为8mm,由三个折射透镜和一个衍射面组成。该目镜的最大镜头直径为26mm,总重量为7g。对于目镜中需要重点校正的像散和垂轴色差的最大值分别为0.58mm和18μm,而最大畸变也仅为3.3%;角分辨率为0.44mrad,小于人眼的最小角分辨率。     

CO2激光雕刻机的折/衍混杂f-θ镜设计

以工作于CO2激光主波长的传统两片球面透镜型f-θ镜为基础,引入衍射面实现消色差,设计了工作于可调谐CO2激光的波段范围9.0～11.0 μm的f-θ镜.结果表明,所设计的折/衍混杂f-θ镜不仅很好地工作在所要求的波段范围内,而且单色像差比原单波长f-θ镜有所提高,像面上的光斑在各个波长和视场上大小均匀.系统像差在各个波长上都接近或达到衍射极限,具有精确的光学扫描特性.     

双视场折/衍混合中波红外变焦系统

传统的红外变焦系统结构通常比较复杂,因此限制了红外变焦系统的应用范围。通过将二元光学元件引入红外变焦系统中达到了简化系统结构的目的,并给出了具体的设计实例及衍射元件进行公差分析。系统采用透镜4片构成,有效焦距为92 mm,F数为1时与有效焦距276 mm,F数为2时,在17 lp/mm的传递函数值均接近衍射极限。设计结果表明,在传统折射系统中引入二元光学元件,可简化系统、改善相质。     

多波长、大工作面折-衍混杂f-θ镜头设计

目前国内用于激光扫描系统的f-θ镜头的工作面积一般不超过350 mm×350 mm.国外虽有面积较大的f-θ镜头,但结构相当复杂.为了能够得到工作面积大而且结构相对简单的f-θ镜头来满足扫描系统的要求,利用二元光学元件的特殊色散性质,设计了工作于808～1 064 nm波段的折-衍混杂f-θ镜头,激光扫描范围为450 mm×450 mm.它由四片两种普通玻璃球面透镜构成,光学筒长不到120 mm.该镜头结构简单紧凑,单波长工作时聚焦性能达到衍射极限、线性畸变小,能够满足现代多工作波长激光扫描系统的实际需求.     

用于人工因素—目视系统参量研究的折—衍混杂系统

基于Erfle目镜设计了一个折－衍混杂目镜，该目镜不仅在像差特性有很大改善，而且在结构上更趋向轻、小，其焦距、视场、出瞳距离及出瞳直径均满足头戴显示系统（HMDs)的要求，镜头直径亦满足双目系统筒间距的要求；同时选取Cooke3片镜作为中继物镜，对254mm液晶显示屏成像，构成了用于人因素－目视系统参量研究的折－衍混杂系统，并且满足系统参量可调的要求。     

用于头盔微光夜视仪的折/衍混合光学系统设计

选择有效输入／输出直径为18／18mm的像增强器,设计了用于头盔微光夜视仪的光学成像系统。将二元衍射面引入传统的双高斯型物镜系统,得到视场为40^o,相对孔径为1．00/1．25的折／衍混合物镜。有渐晕系统和无渐晕系统的性能比较的结果表明．有渐晕的折／衍物镜能更好地满足要求,其重量仅为25g,二元面的最小特征尺寸为19μm,在全视场内的光学传递函数良好。同时设计了相匹配的目镜系统,其出瞳直径为10mm,出瞳距离为25mm。物镜和目镜之间实现畸变补偿,系统结构紧凑,重量轻,各性能参数均达到预定指标。     

折/衍共口径红外双波段位标指示器光学系统设计

针对反射式双模位标指示器视场小、中心遮拦、能量低等问题,提出一种折/衍共口径红外双波段位标指示器光学系统。基于消色差理论和MRTD模型分别推导了光学系统波段间消色差公式和作用距离方程。设计的双波段光学系统具有共焦距特性,从而实现了双波段同步探测以及识别目标信息的一致性。折/衍共口径红外双波段位标指示器光学系统工作波长为3.4~4.8 m、7.7~9.5 m,俯仰、偏航视场为-26~26,焦距115 mm,F数为2。结果表明:在-40~60℃温度范围内消热差,成像质量接近衍射极限。     

折反式中波红外双视场变焦系统无热化设计

利用折/衍混合透镜实现了宽温度范围双视场变焦系统的光学被动无热设计。系统工作波段为3～5 m,使用320240红外制冷探测器,像元大小为30 m30 m,焦距为400 mm和800 mm两档,F数分别为2和4。两系统通过机械结构改变冷光栏大小分别实现100%冷光栏效率。在两档共用组份采用一片折衍混合透镜,对双视场系统两焦距位置消热差,实现了一个衍射面对两档系统的无热化设计,结构简单。设计结果表明:在-40 ～60 ℃温度范围内,空间频率18 lp/mm处系统MTF值接近衍射极限,成像质量良好,实现了双视场变焦系统的无热化设计。     

环境气压对衍/折光学系统消二级光谱设计的影响

研究了环境气压对宽光谱、长焦距衍／折混合光学系统消二级光谱设计的影响。推导了环境压力变化时阿贝数变化对像面移动的影响。采用离焦法对系统进行校正,当环境气压变化小于0．5Pa时,系统的像面移动不超过O．8mm,研究了本系统使用的玻璃和衍射元件的综合气压特性,对解决其他光学系统气压的影响有一定的指导意义。     

长出瞳距折衍混合目镜系统的设计

针对工作在一定入射角度范围内的衍射光学元件,提出了复合带宽积分平均衍射效率的计算公式.为了满足军用仪器上瞄准镜的光学性能需求,设计了两个结构参数相同的50 mm长出瞳距的目镜.目镜系统的焦距为25 mm,视场角为30°,出瞳直径为8 mm.基于Erfle目镜结构形式,首先设计了一个传统折射式长出瞳距目镜.在此基础上,引入单层衍射光学元件,设计了一个折衍射混合式长出瞳距目镜.该混合目镜的畸变小于7.77％,在40 lp/mm处,中心视场的MTF(调制传递函数)高于0.85,最大视场的MTF高于0.2.系统中采用的单层衍射光学元件衍射面上的入射角度为0°～30°,对应的复合带宽积分平均衍射效率为95.23％.对比折射式目镜,折衍射混合目镜不仅成像质量得到改善,而且总长减小了22.87％,重量减轻了38.79％,具有结构紧凑、重量轻等特点.     

基于折/衍混合的机载红外光学系统设计

为实现机载红外光学系统大口径、长焦距、轻量化、高像质、非热敏化的技术要求,通过对反射式光学系统设计模型及其理论参数的研究分析,选取卡赛格林光学结构型式,提出一种基于折/衍混合的机载大口径长焦距非球面红外光学系统。经过初始结构计算,并利用ZEMAX软件进行优化,设计出一款焦距1200 mm、口径260 mm的折/衍混合红外光学系统,遮拦比18%,在空间频率10 lp/mm处,调制传递函数(MTF)达到0.45,接近衍射极限,全视场弥散斑控制在20μm以内,在-50^+70℃温度范围内实现非热敏化。该系统结构简单,由两个反射镜和一组透镜组成,设计结果满足各项任务指标,对机载红外光学系统的进一步研制具有重要意义。     

折/衍混合大相对孔径星敏感器光学系统设计

将衍射光学元件用于星敏感器光学系统,设计了一种全新的大相对孔径、甚高精度星敏感器光学系统.系统焦距为90mm,相对孔径为1/1.2,视场角为2ω=7°,光谱范围为0.45～0.85 μm.系统结构简单,满足了星敏感器系统对弥散斑直径、能量集中度、畸变、垂轴色差等像差的特殊要求.此外,对系统进行了环境温度分析,结果表明:...     

折/衍混合红外物镜的超宽温消热差设计

为满足红外光学系统高环境适应性和高灵敏度的发展要求,采用折/衍混合结构改进红外3 2~4 2μm波段,F/#为1 5,视场角为±2 5°的Si Ge四片式佩茨瓦尔(Petzval)物镜,实现了-60~160 ℃超宽温度范围的光学被动式消热差设计.改进系统并保持原系统光学性能参数,在空间频率20 lp/mm处,光学传递函数(MTF)保持在0 .78以上,接近衍射极限,成像质量高而稳定.该系统可用于像元尺寸大于25μm的非制冷凝视式焦平面阵列探测器.     

穿透型折/衍混合头盔显示器的光学系统

利用二元光学元件消色差和对波面进行任意整形的独有特点,在光学系统中引入二元衍射面,给出了出瞳距离为21mm,出瞳直径为8nm,视场角为40°(水平)×30°(垂直)的用于增强现实(AR)的折/衍混合穿透型双目头盔显示器的设计结果。结果表明,该系统具有很高的成像质量,分辨率达到0.7mrad,接近人眼的最小分辨率,垂轴色差小于42μm,且最大畸变小于2%。同时,系统直径小于46mm,系统重量约为16.2g。设计结果满足用于AR的双目头盔显示器的要求。     

8～12μm波段折/反/衍混合坦克扫描物镜消热差设计

根据坦克扫描光学系统的要求,设计了一种工作于8～12μm波段,可识别2 000 m远坦克目标的折/反/衍射混合红外消热差光学系统。该系统采用新型的卡塞格林系统,其非球面主镜和次镜全部取代为球面,解决了卡塞格林系统大口径非球面主镜、次镜的高加工精度和装调难的问题;通过应用衍射元件独特的温度特性实现红外光学系统的无热化设计,设计的系统结构简单紧凑,口径大、焦距长、分辨率高,并且在-40～60℃的温度范围内成像质量接近衍射极限,满足坦克扫描系统的总体要求和像质要求。     

折衍混合大相对孔径红外物镜设计

本文设计了焦距50mm,波段为8～12 μm,F数达0.8,全视场10°的适用于非制冷焦平面阵列探测器的红外物镜.分别设计了四片全折射式和三片折衍混合式两种镜头.从两个镜头来看,折衍混合式不仅在体积上小于全折射系统,同时在成像质量和色差上(从10.1μm降至0.8μm)也优于全折射系统.     

轻型折衍混合中波红外变焦光学系统设计

针对640×512元制冷型中波红外焦平面探测器,采用二次成像的光学结构以及机械正组补偿变焦方式,在设计中引入了硅基衍射光学元件,从而构成折衍混合变焦光学系统。设计结果表明,光学系统使用了7片镜片,在3.7～4.8■m波段实现了15～300 mm连续变焦,在空间频率33 lp/mm处的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)接近衍射极限。光学镜片的总重量仅有86 g,光学系统的总长度为139 mm。该系统具有变倍比大、分辨率高、重量轻、体积小等特点。     

采用非制冷红外探测器的折衍混合物镜设计

针对长波320×240元非制冷焦平面阵列探测器,设计了折射／衍射混合大相对孔径红外镜头,工作波段8～12舯,焦距为90mm,F数为1,视场为10°．系统为三片式结构：利用二元光学元件具有大的负向色散特性,在第4面引入衍射面,有效地消除了色差,简化了系统结构并减轻了质量,并用ZEMAX光学设计软件进行了像质评价．结果表明,系统成像质量良好,各项指标均满足使用要求．