制冷型大相对孔径长波红外光学系统设计

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作者 李阳 王保华 +3 位作者 张绪国 龙亮 周紫薇 李林鹏 《红外技术》 北大核心 2025年第3期265-271,共7页

针对320×256长波制冷型面阵探测器,提出并设计了一款制冷型长波红外成像光学系统。该光学系统由5片透镜组成,通过不同材料组合与后焦调节机构设计,实现了系统在工作温度-40℃~70℃范围内清晰成像。光学系统的工作谱段为7.5~9.5μm... 针对320×256长波制冷型面阵探测器,提出并设计了一款制冷型长波红外成像光学系统。该光学系统由5片透镜组成,通过不同材料组合与后焦调节机构设计,实现了系统在工作温度-40℃~70℃范围内清晰成像。光学系统的工作谱段为7.5~9.5μm,焦距为50 mm,相对孔径为1/2,全视场为11°×8.8°,系统具有结构简单紧凑、相对孔径大、透过率高等优点。设计结果显示,光学系统在奈奎斯特频率为16.7 lp/mm处MTF优于0.594,均方根尺寸均小于单个像元尺寸,在像元尺寸内能量集中度高于88.5%,畸变小于0.23%。公差分配后,系统MTF优于0.504,表明该光学系统易于加工装调、实现性高,装配后具有良好的成像性能。 展开更多

关键词 光学系统设计 长波红外 制冷型 大相对孔径

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大相对孔径物方远心检测镜头光学系统设计

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作者 罗天娇 丛京洲 罗春华 《长春理工大学学报（自然科学版）》 2024年第4期41-46,共6页

针对工业在线检测中线路板瑕疵点检测问题,给出了一种大相对孔径物方远心检测系统的设计。基于镜头设计的具体参数展开工作,首先选用双高斯复杂化系统作为初始结构;然后为了达到远心度与像质的要求加入多种适合的操作数后进行反复优化,... 针对工业在线检测中线路板瑕疵点检测问题,给出了一种大相对孔径物方远心检测系统的设计。基于镜头设计的具体参数展开工作,首先选用双高斯复杂化系统作为初始结构;然后为了达到远心度与像质的要求加入多种适合的操作数后进行反复优化,最后得到镜头基本参数:放大倍率3.5倍、最大相对孔径D/f'=1/1.6且光圈可调,焦距100 mm,系统长度560 mm。物方远心度小于2°,畸变小于0.01%,轴上调制传递函数在50 lp/mm处大于0.33,0.7视场传递函数在50 lp/mm处大于0.18,整体系统在波长587~760 nm范围内色还原良好。镜头设计结果结构合理,像质优良;系统具有良好加工工艺性及较好的装校性能。 展开更多

关键词 光学设计 大相对孔径 物方远心 双高斯结构

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大相对孔径宽光谱星敏感器光学镜头设计 被引量：19

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作者 孟祥月 王洋 +2 位作者 张磊 付跃刚 顾志远 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第7期182-189,共8页

为了提高星敏感器相对孔径,拓宽探测光谱范围,文中通过探测器灵敏度模型的计算,确定了星敏感器光学系统的设计参数,进而设计了一款基于卫星平台的星敏感器光学镜头。该镜头由7片球面透镜组成,光谱范围为500~800 nm,焦距为50 mm,相对孔径... 为了提高星敏感器相对孔径,拓宽探测光谱范围,文中通过探测器灵敏度模型的计算,确定了星敏感器光学系统的设计参数,进而设计了一款基于卫星平台的星敏感器光学镜头。该镜头由7片球面透镜组成,光谱范围为500~800 nm,焦距为50 mm,相对孔径为1/1.25,视场角为8.45°×8.45°(对角线视场角为11.96°),总长83.33 mm。镜头采用像方远心光路,减小了因像面离焦及其他因素引起的测量误差。优化后的镜头畸变小于0.5%,质心色偏差控制在±2μm内,能量集中度(3×3像元内)大于80%,最大倍率色差为-0.073μm,轴外视场的弥散斑能量集中度和轴上视场基本一致。对比不同温度下的光学系统,焦距变化量很小,验证了无热化设计要求,镜头的成像质量良好。 展开更多

关键词 光学设计 星敏感器 大相对孔径 宽光谱 像方远心 无热化

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大视场大相对孔径长波红外扫描光学系统设计 被引量：9

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作者 范哲源 杨洪涛 +5 位作者 屈恩世 张建 曹剑中 张志 陈卫宁 武力 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第10期2740-2744,共5页

采用288×4线阵探测器及二次成像方式设计了一种工作于7.5～10.5μm的大视场大相对孔径长波红外扫描型光学系统,系统凝视视场角为28°×21°,采用摆镜同楔形镜扫描扩展后系统视场角为78°×57°,该系统具... 采用288×4线阵探测器及二次成像方式设计了一种工作于7.5～10.5μm的大视场大相对孔径长波红外扫描型光学系统,系统凝视视场角为28°×21°,采用摆镜同楔形镜扫描扩展后系统视场角为78°×57°,该系统具有大相对孔径、F数为1.67、高成像质量等特点。由于长波红外可用材料有限,设计中采用锗材料和硒化锌材料校正色差,引入非球面校正系统球差,系统设计结果显示其成像质量接近衍射蓟县,色差矫正良好,在空间频率为20 lp/mm处,调制传递函数(MTF)均在0.3以上,能量集中度大于70%。 展开更多

关键词 光学系统设计 楔形镜 长波红外 大相对孔径 调制传递函数

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一种大相对孔径成像光谱仪前置物镜设计 被引量：7

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作者 宫广彪 季轶群 +2 位作者 朱善兵 张蕊蕊 沈为民 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第5期889-892,共4页

Offner型成像光谱仪具有结构紧凑,成像质量理想的优点,为了提高光谱分辨率,实现更多谱段的光谱成像,需要分光成像系统有强的集光能力,即需要大的相对孔径;为了消除折射材料的影响,提高光栅利用效率,系统应该全反射无遮拦,为此选用离轴... Offner型成像光谱仪具有结构紧凑,成像质量理想的优点,为了提高光谱分辨率,实现更多谱段的光谱成像,需要分光成像系统有强的集光能力,即需要大的相对孔径;为了消除折射材料的影响,提高光栅利用效率,系统应该全反射无遮拦,为此选用离轴三反射镜系统作为它的前置物镜。离轴三反射镜光学系统具有无色差、光谱范围宽、无遮拦、像差矫正能力强和对温度不敏感等优点,可作为成像光谱仪的理想前置系统。根据该成像仪的技术要求,得到系统F数为F/2.47,焦距为360mm,视场角为2.5°。通过优化设计,得到了一个大相对孔径的离轴三反射镜前置物镜系统。该系统相对孔径大,光能利用率高,成像质量达到衍射极限,特别是次镜采用球面,大大降低了制造检测难度和成本。 展开更多

关键词 前置物镜 离轴三反射镜 大相对孔径 成像光谱仪 光学设计

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大相对孔径长波连续变焦红外光学系统设计 被引量：7

6

作者 何伍斌 郝俊明 +2 位作者 吴玮 彭晴晴 骆守俊 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2013年第7期757-760,共4页

提出一种大相对孔径长波连续变焦红外光学系统的设计方法,利用变焦原理和光学设计软件得到系统结构及其参数。该光学系统在变焦过程中相对孔径可变,F数最小可达0.85。系统主要光学参数F/#为0.85～1,变倍比为4.5∶1,工作波长为8～12μm,... 提出一种大相对孔径长波连续变焦红外光学系统的设计方法,利用变焦原理和光学设计软件得到系统结构及其参数。该光学系统在变焦过程中相对孔径可变,F数最小可达0.85。系统主要光学参数F/#为0.85～1,变倍比为4.5∶1,工作波长为8～12μm,采用384×288元非制冷焦平面探测器。具有分辨率高、像质好、能量利用率高、变焦轨迹平滑等特点,满足工程设计要求。 展开更多

关键词 大相对孔径 红外系统 连续变焦 光学设计

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大视场大相对孔径近红外观测相机光学系统设计 被引量：7

7

作者 姚罡 汤天瑾 黄颖 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第S01期107-110,共4页

设计了一种用于近红外观测相机的大视场大相对孔径光学系统,它全部采用球面透镜。分析了光学系统的设计难点及相关光学系统结构型式的特点。最终采用了反摄远型光学系统的结构型式,该光学系统的视场为100°,F数为1.5,焦距为5 mm,光... 设计了一种用于近红外观测相机的大视场大相对孔径光学系统,它全部采用球面透镜。分析了光学系统的设计难点及相关光学系统结构型式的特点。最终采用了反摄远型光学系统的结构型式,该光学系统的视场为100°,F数为1.5,焦距为5 mm,光谱范围为0.84～0.97μm。光学系统的传递函数全视场大于0.65(@77 lp/mm),相对畸变小于15%,像面相对照度不均匀性小于10%。由此可见,该光学系统的成像质量满足指标要求,并且具有相对畸变较小及各视场相对照度均匀等特点。 展开更多

关键词 遥感 光学系统设计 大视场大相对孔径 反摄远型

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大相对孔径紧凑型非制冷光学系统消热设计 被引量：2

8

作者 安晓强 王茜 宋波 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2015年第7期795-799,共5页

对常用光学被动消热技术措施进行了归纳总结。针对长波非制冷光学系统大相对孔径、高透过率、小型化和良好环境适应性等特点,基于640×512大面阵非制冷探测器的应用,利用CODE V光学设计软件,设计了一个焦距f=70 mm,视场角为10.44
... 对常用光学被动消热技术措施进行了归纳总结。针对长波非制冷光学系统大相对孔径、高透过率、小型化和良好环境适应性等特点,基于640×512大面阵非制冷探测器的应用,利用CODE V光学设计软件,设计了一个焦距f=70 mm,视场角为10.44°×8.36°,F数为0.85,总长为85 mm的三片式光学系统。在-50-70℃温度范围内,所有视场的MTF值在25 lp/mm处均大于0.61,光学畸变小于0.5%,光学系统成像质量良好。公差分析结果表明光学零件加工和光机装配工艺成熟稳定,光学系统设计具有良好的工程可研制性。 展开更多

关键词 大相对孔径 长波非制冷 被动消热 光学设计

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大相对孔径凹非球面镜的加工 被引量：2

9

作者 孔祥蕾 郝沛明 丁厚月 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2001年第1期50-55,共6页

过去一直采用平行光管来加工和检验大相对孔径四非球面的方法，存在许多不足之处，如加工精度不高和加工周期长等．现在我们采用补偿法，则可以在较短的时间内获得高精度的凹非球面，其精度可达λ／１０～λ／２０（ｒｍｓ）．经过长期... 过去一直采用平行光管来加工和检验大相对孔径四非球面的方法，存在许多不足之处，如加工精度不高和加工周期长等．现在我们采用补偿法，则可以在较短的时间内获得高精度的凹非球面，其精度可达λ／１０～λ／２０（ｒｍｓ）．经过长期的实践，已充分证明了这种方法是可行的． 展开更多

关键词 大相对孔径 凹非球面镜 光学元件

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基于泽尼克多项式系数的大相对孔径表面超精密车削误差的补偿方法 被引量：2

10

作者 王毅 余景池 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第3期724-728,共5页

超精密车削误差补偿是提高超精密车削工艺水平的关键技术。首先对超精密车削中的各种误差进行了简单的分析与归纳,指出刀具刃口几何形状误差与机床导轨非线性误差具有相同的表现形式,可以通过车削零件的面形检测结果进行综合补偿。然后... 超精密车削误差补偿是提高超精密车削工艺水平的关键技术。首先对超精密车削中的各种误差进行了简单的分析与归纳,指出刀具刃口几何形状误差与机床导轨非线性误差具有相同的表现形式,可以通过车削零件的面形检测结果进行综合补偿。然后,提出了一种根据干涉仪检测结果对上述误差进行高精度补偿的方法,并进行了理论推导。最后的实验结果证明:基于面形误差泽尼克多项式球差及高级球差系数(最高到36项系数)对国产刀具刃口(波纹度误差大于0.2μm)与机床(Nanotech UPL250)系统误差进行综合补偿的方法正确而高效,仅3次补偿循环,即可使一大相对口径实验球面件的面形误差收敛到PV=0.24λ,rms=0.021λ,符合理论推导及计算机模拟的分析。 展开更多

关键词 超精密车削 误差补偿 大相对孔径 泽尼克多项式

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无热化大相对孔径星敏感器光学系统设计 被引量：9

11

作者 汤天瑾 《航天返回与遥感》 2011年第3期36-42,共7页

提出了一种大相对孔径轻小型光学系统的设计方案,给出了设计方案及热分析结果。光学系统工作谱段500～800nm,视场角9°,相对孔径1/1.2,光学系统设计结果良好,弥散斑直径在两个像元尺寸之内,能够满足光学系统对能量集中度和弥散斑的... 提出了一种大相对孔径轻小型光学系统的设计方案,给出了设计方案及热分析结果。光学系统工作谱段500～800nm,视场角9°,相对孔径1/1.2,光学系统设计结果良好,弥散斑直径在两个像元尺寸之内,能够满足光学系统对能量集中度和弥散斑的要求。基于光学热补偿理论对光学系统进行了无热化分析和消热设计。通过分析不同温度下的传递函数和能量集中度曲线,可以看出在-10℃～40℃温度范围内系统性能稳定,基本实现无热化。 展开更多

关键词 星敏感器 大相对孔径 光学设计 消热设计

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大相对孔径折射式望远物镜的设计 被引量：2

12

作者 范应娟 《陕西科技大学学报（自然科学版）》 2010年第2期131-133,共3页

当望远物镜的相对孔径D/f′=1/2.4,根据光学特性的要求,物镜的视场角不大,显然使用双胶合物镜已不能满足要求.针对不同结构型式的望远物镜所适用的相对孔径值,作者选用双胶合加单透镜结构,并采用Zemax软件进行设计、优化,基本达到了设... 当望远物镜的相对孔径D/f′=1/2.4,根据光学特性的要求,物镜的视场角不大,显然使用双胶合物镜已不能满足要求.针对不同结构型式的望远物镜所适用的相对孔径值,作者选用双胶合加单透镜结构,并采用Zemax软件进行设计、优化,基本达到了设计要求. 展开更多

关键词 大相对孔径 缩放 ZEMAX 像差

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大视场大相对孔径自由曲面成像系统设计 被引量：7

13

作者 陈炳旭 廖志远 +2 位作者 操超 白瑜 牟达 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期257-265,共9页

近年来,自由曲面在高性能离轴反射成像系统中应用越来越广泛。文中基于矢量像差理论和遗传算法求解初始结构,采用视场离轴和孔径离轴相结合的方式,利用XY多项式描述的自由曲面增大自由度校正离轴像差,设计了一个大视场大相对孔径的制冷... 近年来,自由曲面在高性能离轴反射成像系统中应用越来越广泛。文中基于矢量像差理论和遗传算法求解初始结构,采用视场离轴和孔径离轴相结合的方式,利用XY多项式描述的自由曲面增大自由度校正离轴像差,设计了一个大视场大相对孔径的制冷型离轴反射光学系统。系统工作波段为长波红外8~12μm,焦距400 mm,F数为2,视场角为8°×5°,平均RMS波像差为0.037054λ(λ=9μm)。探测器冷光阑和光学系统出瞳相匹配,实现100%冷光阑效率,系统能量集中度较高,成像质量良好。 展开更多

关键词 自由曲面成像系统 大视场 大相对孔径 冷光阑匹配

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大视场大相对孔径大面阵CCD成像光学系统设计研究 被引量：3

14

作者 雷丽 张晨钟 孟军和 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2006年第z2期12-15,共4页

光学系统结构型式为复杂化双高斯型,采用准远心光路,全视场角和相对孔径分别达到60°和 F/2,光学系统达到 MTF=0.45的成像质量对应的空间频率为55 lp/mm。对该系统的结构特点进行分析和讨论,给出各种像差曲线和传递函数曲线,并对系... 光学系统结构型式为复杂化双高斯型,采用准远心光路,全视场角和相对孔径分别达到60°和 F/2,光学系统达到 MTF=0.45的成像质量对应的空间频率为55 lp/mm。对该系统的结构特点进行分析和讨论,给出各种像差曲线和传递函数曲线,并对系统进行误差分析和公差预算。 展开更多

关键词 大视场 大相对孔径 双高斯物镜 光学系统

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大相对孔径轻小型星敏感器光机系统设计 被引量：5

15

作者 魏明 王超 +2 位作者 付强 高天元 史浩东 《长春理工大学学报（自然科学版）》 2019年第1期23-26,共4页

星敏感器的光机设计水平直接关系到仪器姿态测量精度的极限。为满足微纳卫星平台使用需求,设计了一种大相对孔径,宽视场的超轻小型星敏感器光学系统及其机械结构。镜头选用6片球面透镜,有效焦距为16mm,工作波长为500～800nm,F#=1.2,视场... 星敏感器的光机设计水平直接关系到仪器姿态测量精度的极限。为满足微纳卫星平台使用需求,设计了一种大相对孔径,宽视场的超轻小型星敏感器光学系统及其机械结构。镜头选用6片球面透镜,有效焦距为16mm,工作波长为500～800nm,F#=1.2,视场为20°,全视场内,像点80%的能量集中在3×3像元内,全视场倍率色差小于2μm,相对畸变小于0.1%,优化后所有视场下MTF值均大于0.4。系统总长仅为26mm。针对星敏感器光学系统轻小化需求,选取铍铝合金作为材料进行结构设计。在抗震方面,采用具有相切界面的圆锥类隔圈和压圈以增加接触面积,减小对镜片压强。最终光机系统总质量为10.32g,能够较好的满足小卫星平台的使用需求。 展开更多

关键词 光学设计 星敏感器 大相对孔径 轻小型

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大相对孔径长波红外离轴混合成像光学系统设计 被引量：1

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作者 王梓萤 《光电技术应用》 2020年第4期1-4,14,共5页

介绍了一种相对孔径为1/1.67的线阵长波红外离轴混合成像光学系统设计,系统采用二次成像结构形式,一次成像面前,通过大口径离轴折反镜组压缩光束口径,一次成像面后,通过小口径的折衍混合中继透镜组补偿系统像差。通过对光学系统优化设... 介绍了一种相对孔径为1/1.67的线阵长波红外离轴混合成像光学系统设计,系统采用二次成像结构形式,一次成像面前,通过大口径离轴折反镜组压缩光束口径,一次成像面后,通过小口径的折衍混合中继透镜组补偿系统像差。通过对光学系统优化设计分析,得到全视场传递函数在20 lp/mm处设计值优于0.45,全视场弥散圆均方根直径小于25μm,全视场畸变小于1%,像质优良。系统最大口径300 mm,可适用于多种平台的长波红外成像传感器。 展开更多

关键词 光学设计 大相对孔径 离轴混合成像 长波红外 CODE V

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大相对孔径制冷型红外相机镜头的光学设计 被引量：6

17

作者 张华卫 张金旺 +1 位作者 刘秀军 刘波 《红外技术》 CSCD 北大核心 2015年第2期124-129,共6页

介绍了一种大相对孔径红外成像镜头的设计。该镜头针对制冷型红外探测器,采用二次成像设计,保证100%冷光阑效率。在8-10μm波段,实现相对孔径（F数）为1.5、视场角2ω为18.6°的设计,其成像质量优良,传函接近衍射极限,在常规加工装... 介绍了一种大相对孔径红外成像镜头的设计。该镜头针对制冷型红外探测器,采用二次成像设计,保证100%冷光阑效率。在8-10μm波段,实现相对孔径（F数）为1.5、视场角2ω为18.6°的设计,其成像质量优良,传函接近衍射极限,在常规加工装调公差下易于保证应用质量。 展开更多

关键词 大相对孔径 光学镜头 制冷型红外相机 二次成像

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大相对孔径变焦红外光学系统无热化设计 被引量：4

18

作者 陈潇 《红外技术》 CSCD 北大核心 2021年第12期1183-1187,共5页

随环境温度变化红外镜头会产生热离焦现象,一般定焦红外光学系统可通过多种红外材料组合或引入衍射面来实现光学被动式无热化设计,而变焦红外光学系统大多是通过移动透镜组来实现机械主动式无热化设计。文中根据光学变焦原理和光学被动... 随环境温度变化红外镜头会产生热离焦现象,一般定焦红外光学系统可通过多种红外材料组合或引入衍射面来实现光学被动式无热化设计,而变焦红外光学系统大多是通过移动透镜组来实现机械主动式无热化设计。文中根据光学变焦原理和光学被动式无热化原理,提出一种变焦光学被动式无热化设计方法,并采用该方法设计了一种大相对孔径双视场无热化长波红外光学系统。该系统焦距为25/50 mm(变倍比为2:1),工作波段为8~12μm,F数为0.9,可匹配640×512,像元为17μm×17μm的非制冷红外焦平面阵列探测器。光学设计中采用3种红外光学材料(硫系玻璃HWS6、硒化锌和锗)组合,并引入3个偶次非球面,实现变焦无热化设计。设计结果表明:该系统在宽温度范围内具有良好的成像效果和温度自适应性,在空间频率30 lp/mm处,-50℃~80℃温度范围内各视场MTF均大于0.3。该红外光学系统结构简单、工艺良好,在红外车载领域有着广泛应用前景。 展开更多

关键词 变焦系统 光学被动无热化 硫系玻璃 大相对孔径

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大相对孔径大面阵长波红外光学无热化镜头的设计 被引量：3

19

作者 冯丽军 李训牛 +4 位作者 陈洁 周玲玲 董江涛 孙爱平 鲍佳男 《红外技术》 CSCD 北大核心 2022年第10期1066-1072,共7页

随着红外探测器技术不断发展和进步,长波红外成像向大相对孔径和大面阵发展。本文设计了一款用于1024×768@12μm大面阵,F/#=0.8的大相对孔径长波红外镜头。基于不同红外材料的温度特性以及光学被动消热差理论,此镜头采用3种红外材... 随着红外探测器技术不断发展和进步,长波红外成像向大相对孔径和大面阵发展。本文设计了一款用于1024×768@12μm大面阵,F/#=0.8的大相对孔径长波红外镜头。基于不同红外材料的温度特性以及光学被动消热差理论,此镜头采用3种红外材料组合设计和四面非球面矫正像差设计,满足了各视场的点列图及MTF曲线在-40℃~60℃温度范围内变化不大的无热化要求。该镜头具有光通量高、结构紧凑、工艺性较佳等优点。可用于车载辅助驾驶仪、机载吊舱等领域的态势感知。 展开更多

关键词 无热化设计 大面阵 大相对孔径 长波红外 光学设计

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水下专用成像物镜的设计 被引量：2

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作者 袁婷 安志勇 +1 位作者 肖作江 付锦江 《长春理工大学学报（自然科学版）》 2013年第3期38-41,共4页

随着水下摄影的广泛运用,对大视场大相对孔径的成像物镜的需求也显得极其迫切,而目前国内外报道的水下成像物镜还不具备此特点。因此本文分析了大视场大相对孔径水下专用水下成像物镜的设计特点,运用ZEMAX软件进行模拟优化,得到了相对... 随着水下摄影的广泛运用,对大视场大相对孔径的成像物镜的需求也显得极其迫切,而目前国内外报道的水下成像物镜还不具备此特点。因此本文分析了大视场大相对孔径水下专用水下成像物镜的设计特点,运用ZEMAX软件进行模拟优化,得到了相对孔径为1/1.6,水下全视场72°,焦距8.96mm,光谱响应范围436～656nm,采用平行水密壳窗的水下专用摄影物镜。全视场MTF在空间频率46 lp/mm时高于0.3,在半径为10.8μm的圆内,能量集中度为80%,全视场畸变小于2%。能够满足深水微光摄影物镜对大视场、大相对孔径的需求。 展开更多

关键词 水下成像 大视场 大相对孔径 光学设计

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