宽光谱大靶面机载光学系统无热化设计

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作者 邹雨婷 龙永涛 +1 位作者 王谋新 马冬林 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第3期248-257,共10页

机载光学系统机动性强,可代替地面人员在各种恶劣环境下进行观测任务,在多个领域发挥日益重要的作用。传统的无人机通常搭载可见光或红外光的单波段成像系统,抗干扰能力差,且无法适应恶劣温度环境。此外,这些光学系统通常适配较小的探... 机载光学系统机动性强,可代替地面人员在各种恶劣环境下进行观测任务,在多个领域发挥日益重要的作用。传统的无人机通常搭载可见光或红外光的单波段成像系统,抗干扰能力差,且无法适应恶劣温度环境。此外,这些光学系统通常适配较小的探测器靶面,无法在大视场范围内保持较高的图像分辨率,不宜作为远距离机载探测系统。笔者团队根据光学系统消色差以及无热化设计原理,采用了折射式宽光谱共焦设计方法,研制了一款宽光谱大靶面无热化机载光学系统。该系统工作波段为0.4~1.7μm,焦距为120 mm,F数为2,适配20.48 mm×20.48 mm的探测器靶面,并能在-40~60℃的温度范围内保持良好的成像质量。根据光机设计结果,制作了相应的样机,并采用Tropics公司的光学传递函数测量仪对样机性能进行测试。测试结果表明:可见光波段、近红外波段以及短波红外波段在奈奎斯特频率50 lp/mm处的光学传递函数值均大于0.4,各波段的最大畸变均小于0.61%,成像质量良好。该系统覆盖靶面大,探测效率高,且制造加工与装配条件宽松,满足宽光谱探测系统的使用需求。 展开更多

关键词 光学设计 宽光谱 无热化设计 大靶面

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红外光学系统无热化设计方法的研究 被引量：55

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作者 王学新 焦明印 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期129-133,共5页

无热化设计是利用不同手段消除环境温度变化对光学系统性能的影响。针对红外光学系统,提出一种光学被动式无热化设计方法。从单个透镜出发,列出透镜组的消热差方程组,通过笛卡尔坐标系描绘出常用红外材料的消热差系数和消色差系数,使用... 无热化设计是利用不同手段消除环境温度变化对光学系统性能的影响。针对红外光学系统,提出一种光学被动式无热化设计方法。从单个透镜出发,列出透镜组的消热差方程组,通过笛卡尔坐标系描绘出常用红外材料的消热差系数和消色差系数,使用图解方法求得红外材料的合理组合,同时得到归一化的组合光焦度分配。最后用实例说明光学被动式无热化设计的求解过程,并通过光学设计软件对结果进行分析,说明该设计结果在-40℃～+60℃温度范围内均满足消热差和像差要求。 展开更多

关键词 无热化设计 光学被动式无热化设计 红外光学系统

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大孔径、大视场辅助驾驶仪红外镜头无热化设计 被引量：13

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作者 孙爱平 龚杨云 +4 位作者 陈忠 安长亮 皮冬明 铁筱滢 杨毕春 《红外技术》 CSCD 北大核心 2013年第10期617-622,共6页

论述了无热化设计的种类和光学被动式无热化设计的基本原理。使用光学被动式无热化设计方案,设计了一款工作波段为8～12 m、焦距f=16.5 mm、F#=0.8、视场为36.5×27.8的大孔径、大视场辅助驾驶无热化红外镜头。此镜头体积小、重量... 论述了无热化设计的种类和光学被动式无热化设计的基本原理。使用光学被动式无热化设计方案,设计了一款工作波段为8～12 m、焦距f=16.5 mm、F#=0.8、视场为36.5×27.8的大孔径、大视场辅助驾驶无热化红外镜头。此镜头体积小、重量轻、结构简单,适用于辅助驾驶系统。此红外镜头在-40℃～60℃的工作温度范围内,无需调焦,能自动消除热差影响,始终保证成像清晰。经过寒区(低温)试验,满足无热化设计的需要。 展开更多

关键词 无热化设计 大孔径红外镜头 大视场红外镜头 辅助驾驶仪 光学被动式

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中波红外光学系统无热化设计和冷反射抑制 被引量：9

4

作者 谢洪波 孟庆斌 +3 位作者 杨磊 江敏 方春伦 任德伦 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期352-357,共6页

为了得到性能好、稳定性高,能够满足民用、军事等领域应用的中波红外成像光学系统,采用光学被动式的无热化技术,在常温下像质良好的初始结构基础上,通过对不同红外材料组合,实现系统的无热化设计。利用等效温差(NITD)计算冷反射贡献量,... 为了得到性能好、稳定性高,能够满足民用、军事等领域应用的中波红外成像光学系统,采用光学被动式的无热化技术,在常温下像质良好的初始结构基础上,通过对不同红外材料组合,实现系统的无热化设计。利用等效温差(NITD)计算冷反射贡献量,对冷反射贡献量较大表面的曲率和光焦度进行优化。设计结果表明:在-40℃~60℃温度范围内,光学系统的MTF在30lp/mm处均大于0.5;离焦量在一倍焦深以内,点列图(RMS)直径小于像元尺寸;冷反射残存量最大的表面NITD值降低40%。应用该方法可以很好地实现红外成像光学系统的无热化设计,对冷反射的抑制效果明显。 展开更多

关键词 红外光学设计 热效应 无热化设计 冷反射

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中波红外光学系统被动无热化设计及测试 被引量：10

5

作者 李华 韩维强 沈忙作 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期687-691,共5页

温度变化对红外光学系统的成像质量有很大影响。根据中波红外光学系统工作环境要求,分析了导致光学系统成像质量下降的主要因素,推导出同时消热差和消色差的材料组合公式,采用结构件为铝,光学材料为AMTIR-1和Ge组合消热差,设计了光学被... 温度变化对红外光学系统的成像质量有很大影响。根据中波红外光学系统工作环境要求,分析了导致光学系统成像质量下降的主要因素,推导出同时消热差和消色差的材料组合公式,采用结构件为铝,光学材料为AMTIR-1和Ge组合消热差,设计了光学被动无热化中波红外光学系统,在-40～60℃温度范围内系统成像质量达到衍射极限,离焦量在一倍焦深以内。为实际考核集成了探测器后中波红外系统的无热效果,建立了无热化光学系统测试平台,对高温箱内的中波红外系统进行测试,采集探测器输出的数字图像,在3×3像素窗口内计算单像素的能量集中度,60℃时的单像素能量集中度下降到20℃的89.3%,测试结果表明:系统具有很好的成像质量和无热效果。 展开更多

关键词 中波红外 光学设计 无热化设计 热测试

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基于制冷型探测器的双波段红外光学系统无热化设计 被引量：10

6

作者 陈建发 潘枝峰 +1 位作者 王合龙 刘莎 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第10期83-86,共4页

针对640×512阵列双波段制冷型探测器,设计了一套双波段红外光学系统,用于机载红外搜索跟踪系统。该光学系统采用锗、硒化锌和硫化锌组合,实现了消色差和消热差设计,通过引入非球面和构型优化,很好地校正了系统的高阶像差,简化了系... 针对640×512阵列双波段制冷型探测器,设计了一套双波段红外光学系统,用于机载红外搜索跟踪系统。该光学系统采用锗、硒化锌和硫化锌组合,实现了消色差和消热差设计,通过引入非球面和构型优化,很好地校正了系统的高阶像差,简化了系统结构。光学系统仅由8个镜片构成,工作波段为3.7~4.8μm和8~9.4μm波段,F数为2,焦距360 mm,视场2.54°×2.03°,满足100%冷光阑效率。像质评价结果表明,光学系统在-55^+70℃温度范围内,双波段成像质量良好。非均匀温度场分析表明,光学系统温度梯度容忍性较好。 展开更多

关键词 光学设计 红外光学 双波段 无热化设计

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大相对孔径长波红外光学系统无热化设计 被引量：8

7

作者 张续严 姜瑞凯 贾宏光 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1227-1231,共5页

针对目前许多军工仪器红外成像系统的结构简单、体积小、质量轻的无热化设计要求,采用光学被动式方法对8μm～12μm波段、相对孔径为1的红外光学系统进行了无热化设计。具体光学系统参数:F=1,f=60mm,2ω=11.4°。设计结果:在-40℃... 针对目前许多军工仪器红外成像系统的结构简单、体积小、质量轻的无热化设计要求,采用光学被动式方法对8μm～12μm波段、相对孔径为1的红外光学系统进行了无热化设计。具体光学系统参数:F=1,f=60mm,2ω=11.4°。设计结果:在-40℃～60℃工作范围内,该系统的调制传递函数(MTF)接近衍射极限,空间分辨率在20lp/mm处,中心视场传函接近0.7,边缘视场传函大于0.6。其设计结果满足系统的无热化设计要求。 展开更多

关键词 无热化 光学被动式无热化设计 大相对孔径 红外光学系统

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基于硫系玻璃的中波红外光学系统无热化设计 被引量：16

8

作者 付强 张新 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期1467-1471,共5页

硫系玻璃作为优良的消色差和消热差红外材料,是红外光学系统中关键光学元件的理想候选材料,文中利用硫系玻璃实现中波红外光学系统无热化设计。首先分析了温度变化对红外光学系统的影响;其次分析了常用硫系玻璃的各方面特性,并总结了硫... 硫系玻璃作为优良的消色差和消热差红外材料,是红外光学系统中关键光学元件的理想候选材料,文中利用硫系玻璃实现中波红外光学系统无热化设计。首先分析了温度变化对红外光学系统的影响;其次分析了常用硫系玻璃的各方面特性,并总结了硫系玻璃的优点;最后利用硫系玻璃,镜筒材料选择最常用的铝合金材料,设计了一个工作于中波红外的二次成像全球面无热化成像系统。设计结果表明:在0~100℃温度范围内,光学系统的成像质量优异,具有良好的无热化能力。使用硫系玻璃可实现低成本高性能中波红外光学系统。 展开更多

关键词 红外材料 热成像系统 无热化设计 硫系玻璃

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空间光学系统无热化设计 被引量：6

9

作者 胡玉禧 相里斌 杨建峰 《量子电子学报》 CAS CSCD 2000年第3期274-278,共5页

在空间光学系统无热化设计时，需要考虑机械结构的热性能对系统热稳定性的贡献．满足系统总光焦度和消热差、消色差要求，解出各光学组元的光焦度．再在保持光焦度不变条件下进行像差平衡．本文以成像光谱仪为例，对反射系统进行了热分... 在空间光学系统无热化设计时，需要考虑机械结构的热性能对系统热稳定性的贡献．满足系统总光焦度和消热差、消色差要求，解出各光学组元的光焦度．再在保持光焦度不变条件下进行像差平衡．本文以成像光谱仪为例，对反射系统进行了热分析，对折射系统介绍了无热化设计的原理和方法，并给出了设计结果． 展开更多

关键词 空间光学系统 光学设计 无热化设计

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基于图像处理的光学无热化设计效果检测系统 被引量：4

10

作者 左保军 梁炎锋 范志刚 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期1600-1604,共5页

无热化设计是红外光学系统设计的一项重要内容,为了检测无热化设计的效果,提出了一种基于图像处理的红外光学系统无热化设计效果检测方法。利用此方法对被测光学系统进行自动调焦,记录其在不同工作温度下的焦点位置并进行分析,得到被测... 无热化设计是红外光学系统设计的一项重要内容,为了检测无热化设计的效果,提出了一种基于图像处理的红外光学系统无热化设计效果检测方法。利用此方法对被测光学系统进行自动调焦,记录其在不同工作温度下的焦点位置并进行分析,得到被测光学系统在不同温度下的相对离焦量。研制了某型无热化设计效果检测系统,介绍了其系统组成、测量离焦量的工作原理、自动调焦算法和调焦区域的选择,给出了实验结果。还提出了一种基于图像灰度梯度的复合聚焦策略并进行验证。实验结果表明,其调焦速度快,重复性好,精度较高,抗噪声干扰能力强。 展开更多

关键词 无热化设计 自动调焦 红外检测 图像处理

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红外光学系统被动式无热化设计方法 被引量：17

11

作者 申碧云 高明 《电光与控制》 北大核心 2012年第6期70-73,78,共5页

红外光学系统在一定温度条件下会由于温度变化导致系统成像质量变差。利用光学材料热特性之间存在的差异,提出一种光学被动式无热化设计方法,分析了透镜组的消像差方程组并进行求解,讨论了不同透镜材料消热差和消色差的实现过程,利用不... 红外光学系统在一定温度条件下会由于温度变化导致系统成像质量变差。利用光学材料热特性之间存在的差异,提出一种光学被动式无热化设计方法,分析了透镜组的消像差方程组并进行求解,讨论了不同透镜材料消热差和消色差的实现过程,利用不同材料合理匹配与合理分配光焦度实现热补偿。针对相同技术指标,设计了两个红外双波段光学系统并对两种系统性能进行比较,结果表明,采用热补偿措施的红外系统在-40～+60℃温度范围内弥散圆尺寸变化不大,焦距变化量小于系统最小焦深,成像质量接近衍射极限,不同温度下系统焦距的变化不影响成像质量和性能。 展开更多

关键词 红外光学系统 光学被动式 无热化设计 温度效应

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光机热集成仿真在光学系统无热化设计中的应用研究 被引量：4

12

作者 宫晓峰 刘健 +2 位作者 陈建发 王建龙 黄庆 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2023年第2期106-110,共5页

温度变化时,光学镜片参数的变化使得光学系统产生离焦,无热化设计就是为了补偿温度变化的影响,使得像面与探测器位置相匹配。常规的无热化设计主要考虑了温度对折射率的影响,而对于光机结构变形对光学元件位置、角偏、面型造成的影响考... 温度变化时,光学镜片参数的变化使得光学系统产生离焦,无热化设计就是为了补偿温度变化的影响,使得像面与探测器位置相匹配。常规的无热化设计主要考虑了温度对折射率的影响,而对于光机结构变形对光学元件位置、角偏、面型造成的影响考虑不足。完整分析了温度对光学系统的影响,较为全面地考虑了光学、结构的热效应,研究了基于光机热集成仿真技术的光学系统无热化设计方法,以一个卡式光学系统的被动无热化设计为例说明了该方法的有效性。 展开更多

关键词 光机热集成仿真 无热化设计 光机热效应

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机载折反式光学系统的无热化设计 被引量：4

13

作者 廖劲峰 丁亚林 姚园 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期39-46,共8页

为了消除在实际飞行过程中温度变化对机载折反式光学系统成像质量的影响,对该系统的光学元件、机械结构等部分进行热分析,实现机载折反式光学系统的无热化设计。首先,根据透镜的光焦度公式推导透镜的光焦度温度函数,列出透镜组的消热差... 为了消除在实际飞行过程中温度变化对机载折反式光学系统成像质量的影响,对该系统的光学元件、机械结构等部分进行热分析,实现机载折反式光学系统的无热化设计。首先,根据透镜的光焦度公式推导透镜的光焦度温度函数,列出透镜组的消热差方程。接着,在考虑支撑结构的影响时引入轴向放大率,以此表现折反式系统部分元件间隔变化对系统焦距影响大的特点。最后,结合前两者确定完整的消热差方程来指导无热化设计。仿真结果表明,工作在486～656nm波段,焦距为1 850mm的机载折反式可见光光学系统在0～40℃之间成像良好,调制传递函数下降不到0.1。 展开更多

关键词 无热化设计 折反式光学系统 轴向放大率 可见光波段

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轻小型折衍射混合红外中波摄远物镜无热化设计 被引量：2

14

作者 牟蒙 牟达 +1 位作者 马军 李卓 《红外技术》 CSCD 北大核心 2015年第5期387-391,共5页

由于红外具有能识别伪装、可昼夜工作和被动工作的优势而被广泛地应用于跟踪和搜索系统。而这些系统要求红外光学系统成像清晰、结构紧凑、可适应较大的温度变化。依据光学被动消热差的方法设计了可在较宽温度范围工作、成像质量优良、... 由于红外具有能识别伪装、可昼夜工作和被动工作的优势而被广泛地应用于跟踪和搜索系统。而这些系统要求红外光学系统成像清晰、结构紧凑、可适应较大的温度变化。依据光学被动消热差的方法设计了可在较宽温度范围工作、成像质量优良、结构紧凑、体积小的红外中波摄远物镜，其摄远比可达到0．6。系统参数如下：工作波段为3～51μm，焦距150mm，F数为3，工作温度为-40℃～60℃。设计结果显示，该系统仅采用3片透镜并利用衍射元件消热差完成了无热化的要求，减少了系统的成本及重量，传递函数在171p／mm处均在0．8以上，与衍射极限十分接近，满足在宽温度范围内工作成像质量高及系统小型化的要求。 展开更多

关键词 红外中波摄远物镜 无热化设计 折衍射混合系统 结构紧凑

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红外无热化设计效果检测仪自动调焦算法研究 被引量：1

15

作者 梁炎锋 陈守谦 李福巍 《航空兵器》 2012年第5期34-38,共5页

红外无热化设计效果检测仪是为测量红外光学系统的无热化设计效果而研制的仪器,该仪器可以直接测量红外光学系统焦距随温度的变化量。自动调焦是该仪器测量被测红外光学系统无热化性能的重要步骤。文中综合考虑聚焦位置处图像清晰度和... 红外无热化设计效果检测仪是为测量红外光学系统的无热化设计效果而研制的仪器,该仪器可以直接测量红外光学系统焦距随温度的变化量。自动调焦是该仪器测量被测红外光学系统无热化性能的重要步骤。文中综合考虑聚焦位置处图像清晰度和目标光斑的特征,提出了一种改进的自动调焦算法。以红外无热化设计效果检测仪为平台,进行了该算法实验研究,实验表明,与传统调焦算法相比,该算法调焦精度更高,具有更好的灵敏度。 展开更多

关键词 自动调焦 调焦算法 无热化设计效果评估:红外检测

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无热化设计的紧凑型长波折反式光学系统 被引量：1

16

作者 汪京 《电光与控制》 北大核心 2013年第4期60-62,91,共4页

介绍了一种无热化设计的紧凑型长波折反式光学系统,给出了光学系统的主要指标和要求,说明了系统的设计原理。该系统的工作波段为7.7～10.3μm,焦距为270 mm,F数为1.35。光学系统共由7个光学元件构成,构型紧凑,在-40～+60℃温度范围内具... 介绍了一种无热化设计的紧凑型长波折反式光学系统,给出了光学系统的主要指标和要求,说明了系统的设计原理。该系统的工作波段为7.7～10.3μm,焦距为270 mm,F数为1.35。光学系统共由7个光学元件构成,构型紧凑,在-40～+60℃温度范围内具有良好像质,实现了无热化。 展开更多

关键词 机载设备 光电探测 无热化设计 长波 折反式 长焦

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中波红外光学系统无热化设计 被引量：5

17

作者 刘秀军 张金旺 彭垚 《红外技术》 CSCD 北大核心 2012年第10期602-607,共6页

介绍了无热化在红外光学系统中的作用和意义,分析了温度对光学参量的影响,探讨了无热化设计方法及光学被动式无热化基本原理。设计了一种用于320×256制冷型探测器光学被动式无热化中波红外光学系统,镜筒材料采用钛合金,光学材料为... 介绍了无热化在红外光学系统中的作用和意义,分析了温度对光学参量的影响,探讨了无热化设计方法及光学被动式无热化基本原理。设计了一种用于320×256制冷型探测器光学被动式无热化中波红外光学系统,镜筒材料采用钛合金,光学材料为硅、锗和硒化锌组合消热差。该系统在-50～70℃温度范围内,最大离焦量小于1倍焦深,空间分辨率17 lp/mm处,光学调制传递函数(MTF)值大于0.7,比较接近衍射极限,探测器单像元内能量集中度大于84%。分析结果表明:该系统具有良好的成像质量和无热效果。 展开更多

关键词 中波红外 光学设计 无热化设计 二次成像

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光轴稳定探测系统无热化光机结构设计 被引量：1

18

作者 宋长孝 于信 +4 位作者 白素平 姜冬旭 刘才 关淼心 韩佳昊 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期909-920,共12页

在星地领域,激光通讯设备的发射光轴和接收光轴的对准度至关重要,而温度变化会导致光学元件和机械结构变形,影响光轴对准度,使系统探测精度降低。针对这一问题,本文设计了一种用于探测的高精度光轴稳定系统,根据宽波段和共轭成像的技术... 在星地领域,激光通讯设备的发射光轴和接收光轴的对准度至关重要,而温度变化会导致光学元件和机械结构变形,影响光轴对准度,使系统探测精度降低。针对这一问题,本文设计了一种用于探测的高精度光轴稳定系统,根据宽波段和共轭成像的技术要求,使用具有像传递的离轴反射式开普勒望远系统压缩光束,经过分光镜后分别进入到探测子单元中,并设计了长焦距光轴稳定探测系统以提高探测精度;为校正反射系统的热差,根据光学被动无热化技术利用折射镜组补偿反射镜组的热致像差;设计机械结构并进行有限元分析;对有限元数据进行处理并带回到光学软件中仿真温度变化引起的光轴偏移角度;最后搭建平台进行验证。结果表明:光轴稳定探测系统在-10℃时光轴偏移角度为3.90″,在45℃时光轴偏移角度为4.23″,降低了温度变化对光轴偏移的影响。 展开更多

关键词 离轴双反系统 光轴稳定性 无热化设计 有限元分析 泽尼克多项式

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超大视场反远距红外光学系统设计

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作者 刘洋 孙绪绪 柳翀 《激光与红外》 北大核心 2025年第7期1114-1120,共7页

为满足某机载设备超大视场红外成像需求,设计了工作波段3μm~5μm,97°×97°超广角、低畸变大相对孔径红外光学系统。采用二次成像结构形式减小后组透镜直径,在光学被动式无热化设计基础上利用结构件材料线膨胀系数补偿剩... 为满足某机载设备超大视场红外成像需求,设计了工作波段3μm~5μm,97°×97°超广角、低畸变大相对孔径红外光学系统。采用二次成像结构形式减小后组透镜直径,在光学被动式无热化设计基础上利用结构件材料线膨胀系数补偿剩余热差,实现了全温度范围的无热化设计,采用“非相似”成像技术校正畸变。设计结果表明,系统在典型空间频率33 lp/mm处,全视场调制传递函数(MTF)值均优于0.4,接近衍射极限,成像质量良好,最大畸变量小于0.6%,满足设计指标要求。 展开更多

关键词 光学设计 超广角镜头 红外光学系统 无热化设计

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中波红外成像无热化光学系统设计 被引量：8

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作者 白瑜 邢廷文 +1 位作者 林妩媚 谢伟民 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期181-185,共5页

介绍了温度变化对红外光学系统的影响和红外光学系统无热化设计的常用方法。应用CODE-V光学设计软件设计了一个工作于中红外光谱波段的折射式全球面镜无热化光学系统,采用锗、硅和硒化锌3种光学材料,系统镜间材料为铝合金。设计结果表明... 介绍了温度变化对红外光学系统的影响和红外光学系统无热化设计的常用方法。应用CODE-V光学设计软件设计了一个工作于中红外光谱波段的折射式全球面镜无热化光学系统,采用锗、硅和硒化锌3种光学材料,系统镜间材料为铝合金。设计结果表明:在-40℃～+65℃温度范围内,光学系统的成像质量接近衍射极限,且光学系统的出瞳与光栏重合,具有结构简单、体积小、质量轻、成本低等优点,可应用于空间红外光学系统。 展开更多

关键词 红外光学系统 热效应 无热化设计

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