基于自由曲面的紧凑型离轴三反无焦系统设计 被引量：5

1

作者 闫钧华 胡子佳 +3 位作者 朱德燕 陈阳 张寅 俞立谦 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期289-299,共11页

为了满足空间光学系统结构紧凑、尺寸小型化和高分辨率的要求,提出了一种紧凑型离轴三反无焦系统初始结构的设计方法,应用Zernike多项式自由曲面对初始结构进行优化,分别完成了红外波段φ600 mm包络、入瞳口径为350 mm、压缩比为7倍的... 为了满足空间光学系统结构紧凑、尺寸小型化和高分辨率的要求,提出了一种紧凑型离轴三反无焦系统初始结构的设计方法,应用Zernike多项式自由曲面对初始结构进行优化,分别完成了红外波段φ600 mm包络、入瞳口径为350 mm、压缩比为7倍的光阑离轴和视场离轴三反无焦光学系统的设计。设计结果表明两种光学系统各视场波像差均小于0.1λ(λ=3.7μm)。公差分析表明光阑离轴三反无焦系统波像差小于0.08λ的概率达到90%以上,视场离轴三反无焦系统波像差小于0.07λ的概率达到90%以上,说明了设计的有效性。同时将光阑离轴和视场离轴两种方式的光学系统进行对比,视场离轴三反无焦系统可以使结构更紧凑,波像差更小,分辨率更高。本文提出的无焦系统初始结构的设计方法满足结构紧凑、高分辨率的实际应用需求。 展开更多

关键词 光学设计 无焦系统 离轴三反 自由曲面 公差分析

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Buchdahl模型的无焦系统消色差方法 被引量：2

2

作者 张继承 付跃刚 +1 位作者 胡源 刘唯奇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期155-160,共6页

基于Buchdahl模型的色散向量分析法可以用于指导光学设计中的材料选择与替换,得到消色差效果良好的材料组合,但是目前该理论由于数学形式的限制,只应用于有焦系统设计中,并没有用于指导无焦系统设计的先例。针对此问题进一步探究该理论... 基于Buchdahl模型的色散向量分析法可以用于指导光学设计中的材料选择与替换,得到消色差效果良好的材料组合,但是目前该理论由于数学形式的限制,只应用于有焦系统设计中,并没有用于指导无焦系统设计的先例。针对此问题进一步探究该理论在无焦系统下的应用,提出适用于无焦系统的色散向量比例因子的变形表达,以该方法对一个七倍望远无焦系统进行材料的选取,优化后的系统在0.707孔径处最大色差值仅为2.705×10^(-5)D (屈光度),632.8 nm和1 064 nm两波长的焦移差为0.000 21 D,波段范围内最大焦移也仅为0.004 7 D,系统色差得到有效校正,各视场MTF完全达到衍射极限。研究成果使基于Buchdahl模型的色散向量分析法可以同样应用于无焦系统设计中,为无焦系统消色差材料组合的选择提供了一种新思路。 展开更多

关键词 无焦系统 Buchdahl模型 色散向量

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离轴两反无焦系统镜面结构选择及优化 被引量：4

3

作者 宋红红 刘婷 +2 位作者 钱俊宏 李佳文 张蓉竹 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期204-212,共9页

根据非球面离轴两反光学系统的结构特征,利用初级像差理论对其成像特性进行分析,结合不同非球面的面形特征,推导了离轴系统像差的矢量表达式,利用赛德尔系数将系统的初级波像差进行展开,并具体计算了不同非球面面形组合下的系统像差值... 根据非球面离轴两反光学系统的结构特征,利用初级像差理论对其成像特性进行分析,结合不同非球面的面形特征,推导了离轴系统像差的矢量表达式,利用赛德尔系数将系统的初级波像差进行展开,并具体计算了不同非球面面形组合下的系统像差值。确定了离轴两反结构的评价指标后,对不同面形组合的成像质量进行了比较。利用定量比较结果对最优面形选择方法进行分析,结果表明:相比其他镜面组合方式,离轴双抛物面系统的球差、彗差、像散均为0,波前RMS远优于λ/14(λ=0.5876μm),斯托列尔比大于0.8。根据计算结果可知,离轴双抛物面系统结构不仅具有更强的多种初级像差的抑制能力,而且还能有效压缩系统的体积。 展开更多

关键词 离轴两镜无焦系统 非球面 像差分析 面形选择

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共轴偏光瞳主被动复合无焦光学成像系统设计(特邀)

4

作者 张力 李旭阳 +3 位作者 袁灏 陆志贤 许彤裕 边立国 《光子学报》 北大核心 2025年第2期58-70,共13页

为更好满足空间远距离跟踪成像的要求,设计了一种可调焦的主被动复合光学成像系统,实现了高缩束比、高分辨成像的目的。前端光学系统以共轴三反系统为基础,通过离轴优化设计了焦距为2500 mm,视场角0.12°×0.12°,F数为8.3... 为更好满足空间远距离跟踪成像的要求,设计了一种可调焦的主被动复合光学成像系统,实现了高缩束比、高分辨成像的目的。前端光学系统以共轴三反系统为基础,通过离轴优化设计了焦距为2500 mm,视场角0.12°×0.12°,F数为8.33的共轴偏光瞳系统。后端光学系统采用共孔径分光结构,由分光镜分为两路。一路为被动可见光成像,工作谱段为450~850 nm,成像端采用5片透镜作为成像镜组,后两片透镜为补偿镜组可实现1 km~无穷远范围的连续调焦。另一路主动成像采用激光外差相干成像,工作波长为1550 nm,通过孔径分光完成收发一体的成像系统设计。设计结果表明,被动成像系统在100 lp/mm时各视场调制传递函数均大于0.34,接近衍射极限,主动成像系统波像差优于1/300λ,满足成像质量要求。 展开更多

关键词 光学设计 偏光瞳 主被动复合 连续调焦 无焦系统

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高分辨率红外成像仪五反无焦主系统设计 被引量：3

5

作者 胡斌 黄颖 +1 位作者 马永利 李岩 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期131-136,共6页

为提高多通道红外成像仪的空间分辨率,同时确保系统结构紧凑,具有良好的轴对称性,设计了应用于像方扫描主系统的主镜轴对称的五反无焦系统。论述了基于初级像差理论的五反无焦系统设计方法,由各镜面之间的放大率和遮拦比求解出了结构参... 为提高多通道红外成像仪的空间分辨率,同时确保系统结构紧凑,具有良好的轴对称性,设计了应用于像方扫描主系统的主镜轴对称的五反无焦系统。论述了基于初级像差理论的五反无焦系统设计方法,由各镜面之间的放大率和遮拦比求解出了结构参数,利用初级像差系数求解出了反射面二次曲面参数,并且编制了初始结构计算程序。设计了一个入瞳直径1 m、视场5°×0.1°、工作谱段8~10μm、口径压缩倍率10×的五反无焦系统。设计结果表明：光学系统最大波前差RMS值优于0.065λ（λ=9μm）,最大光程差优于λ/4（λ=8~10μm）,各视场的MTF曲线接近衍射限。该设计方法可广泛应用于高分辨率多通道成像仪的光学系统设计。 展开更多

关键词 光学设计 无焦系统 五反射镜 红外成像

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全反射式无焦ZH系统的装调 被引量：4

6

作者 何红星 赵劲松 潘顺臣 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1743-1749,共7页

介绍了一种新颖的共轴全反射式无焦光学系统—ZH系统的装调技术。该系统由两块相对放置的抛物面反射镜和一块45°放置的双面反射镜组成,其两抛物面反射镜可分别从两端安装,从而使双向平面反射镜易于装配。对ZH系统进行了误差分析和... 介绍了一种新颖的共轴全反射式无焦光学系统—ZH系统的装调技术。该系统由两块相对放置的抛物面反射镜和一块45°放置的双面反射镜组成,其两抛物面反射镜可分别从两端安装,从而使双向平面反射镜易于装配。对ZH系统进行了误差分析和装调分析,讨论了元件位置失调带来的系统像差的变化,给出了ZH系统的误差分析结果。由于光线经过ZH系统和分束镜后,光轴在水平方向和垂直方向有平移,平移后的出射光轴与入射光轴的平行需要精确的装调技术来保证。给出了ZH系统的装调方法,采用可见光平行光管进行辅助装调,采用水平偏移补偿镜和垂直偏移补偿镜对ZH系统出射光轴的偏移量进行补偿,利用测微组件和测微目镜对装调中平晶、反射镜的调节量进行测量,实现了ZH系统出射光轴与入射光轴的同轴。装调完成后,去掉水平偏移补偿镜和垂直偏移补偿镜,实现了ZH系统光轴的空间平行。 展开更多

关键词 光学系统 全反射无焦ZH系统 装调 光轴同轴

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无焦压缩光路系统的计算机辅助装调方法 被引量：5

7

作者 岳鹏远 赵希婷 +1 位作者 赵振 万玉曦 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期607-611,共5页

为了解决随机成分多、调节灵敏度高的离轴反射式系统的精确装调问题,介绍了干涉测量与计算机优化技术相结合的方法,建立了各元件失调量与初级像差之间的关系,以及元件间的像差相互补偿关系,通过干涉测量采集系统全视场的波前差,反向优... 为了解决随机成分多、调节灵敏度高的离轴反射式系统的精确装调问题,介绍了干涉测量与计算机优化技术相结合的方法,建立了各元件失调量与初级像差之间的关系,以及元件间的像差相互补偿关系,通过干涉测量采集系统全视场的波前差,反向优化得到各元件的失调量,在波长为632.8nm时,无焦压缩光路系统全视场平均出射波前优于RMS0.055λ,压缩比误差小于5‰,实现了无焦压缩光路系统高精度、高效率的装调。 展开更多

关键词 遥感 计算机辅助装调 无焦压缩光路系统 灵敏度矩阵

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跟踪成像复合轴光学系统设计 被引量：1

8

作者 许彤裕 李旭阳 +4 位作者 任志广 魏锦洋 陆志贤 边立国 姚凯中 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期192-202,共11页

空间望远镜的部件振动与相对运动会导致像移,为抑制振动引起的像移,可在光路中加入快速反射镜对像移进行抑制(二级稳像),然而快反镜较小的通光口径与稳像时造成的像旋限制了应用范围。为此,围绕以快反镜实现二级稳像的同轴共光路跟踪成... 空间望远镜的部件振动与相对运动会导致像移,为抑制振动引起的像移,可在光路中加入快速反射镜对像移进行抑制(二级稳像),然而快反镜较小的通光口径与稳像时造成的像旋限制了应用范围。为此,围绕以快反镜实现二级稳像的同轴共光路跟踪成像复合轴光学系统,分析对比反射式与折反式两种同轴无焦系统各自的特点,选择可实现较大扩束比的折反式无焦系统作为复合轴光学系统的前组,以满足光路中快反镜小通光口径的要求。根据像移补偿与像旋产生的机理构建数学模型,使用MATLAB分析仿真快反镜补偿线性像移时,探测器不同位置上像旋对调制传递函数的影响,并根据后组焦距与边缘视场调制传递函数的关系图,选择合适的后组焦距将像旋对调制传递函数的影响降低在合理范围。设计出焦距为9200 mm、快反镜通光口径小于30 mm的复合轴光学系统,并将像旋造成的调制传递函数下降控制在10%内。 展开更多

关键词 光学设计 快速反射镜 无焦系统 复合轴 大孔径

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基于像方摆扫的空间红外双波段光学系统设计 被引量：8

9

作者 李刚 樊学武 +1 位作者 邹刚毅 王红娟 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期861-866,共6页

红外探测器的尺寸是制约光学系统大幅宽成像的重要因素,选择合适的光学系统结构和成像方式,则可以规避探测器的限制。文中提出了一种像方摆扫成像模式,基于成熟的常规尺寸红外面阵探测器,采用多帧图像拼接的方式,满足了光学系统的大幅... 红外探测器的尺寸是制约光学系统大幅宽成像的重要因素,选择合适的光学系统结构和成像方式,则可以规避探测器的限制。文中提出了一种像方摆扫成像模式,基于成熟的常规尺寸红外面阵探测器,采用多帧图像拼接的方式,满足了光学系统的大幅宽成像要求。鉴于像方摆扫需要在平行光路中进行,在两反无焦系统的基础上,研究了三反无焦系统的设计方法,给出了初始结构的计算公式。光学系统总体上分为前置的无焦压缩系统、扫描摆镜、成像组。其中,扫描摆镜位于平行光路中的出瞳位置,采用视场分光的方式分别实现中波红外和长波红外成像,通过仿真分析,光学系统的冷反射得到有效抑制,MTF接近衍射极限。 展开更多

关键词 红外双波段 三反无焦系统 像方摆扫 光学设计

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大口径平像场激光扩束器光学系统的研制 被引量：7

10

作者 袁莉 潘宝珠 +1 位作者 郝沛明 周洪庆 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2007年第7期672-675,共4页

研制出系统有效口径Φ=300mm,扩束倍率β=30×,视场2ω=±1m rad,能在λ=0.532μm,0.6328μm,1.064μm三种波长下工作,主波长为λ=0.6328μm的激光扩束器。系统光学材料全部采用德国进口Schott熔石英玻璃,前组物镜焦距F=800mm,... 研制出系统有效口径Φ=300mm,扩束倍率β=30×,视场2ω=±1m rad,能在λ=0.532μm,0.6328μm,1.064μm三种波长下工作,主波长为λ=0.6328μm的激光扩束器。系统光学材料全部采用德国进口Schott熔石英玻璃,前组物镜焦距F=800mm,且为高次非球面。用干涉仪检测,系统最终面形误差峰谷值优于λ/7,均方值误差优于λ/50。 展开更多

关键词 非球面光学系统 无焦系统 光学设计 光学加工 光学检验

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三镜反射式光学系统综述(特邀) 被引量：13

11

作者 孟庆宇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期274-289,共16页

三镜反射式光学系统由于具备同时校正球差、彗差与像散三种像差的能力,可以实现较高的光学性能,基于其反射镜数量少、装调复杂性可接受等特点,在光学成像领域有着广泛的应用。特别是离轴三镜反射式光学系统,凭借其无孔径遮拦、可实现大... 三镜反射式光学系统由于具备同时校正球差、彗差与像散三种像差的能力,可以实现较高的光学性能,基于其反射镜数量少、装调复杂性可接受等特点,在光学成像领域有着广泛的应用。特别是离轴三镜反射式光学系统,凭借其无孔径遮拦、可实现大视场等诸多优势,在高性能光学仪器装备中占据着重要位置。文中以典型的三镜反射式光学系统发展为主线,全面介绍了多种类型的三镜反射式光学系统,涵盖同轴三反系统、两轴三反系统、离轴三反系统与无焦三反系统,讨论了其光学结构特点、结构关联与光学系统性能,并给出了设计示例,供光学设计领域研究人员共同探讨。 展开更多

关键词 光学系统 反射式光学系统 同轴反射式光学系统 离轴反射式光学系统 无焦反射式光学系统

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显微镜透射式照明光学系统

12

作者 张保贵 《应用光学》 CAS CSCD 1990年第6期19-20,共2页

本发明提供了一种新颖而实用的柯勒(Koler)照明光学系统,可根据显微镜变倍时的需要,只须将照明系统中的“无焦系统”绕某一固定点反转180°即可满足使用要求。

关键词 无焦系统 可变视场光阑

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基于离轴自由曲面的激光通信光学天线设计 被引量：5

13

作者 谷茜茜 崔占刚 亓波 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期547-557,共11页

为了提高空间激光通信系统的工作范围,简化光学系统的结构,提出了基于离轴自由曲面的大视场两镜无焦光学天线的设计形式。该光学天线采用无焦结构,无需再使用准直透镜元件,可以极大地简化系统结构,克服了传统聚焦光学天线体积过大、大... 为了提高空间激光通信系统的工作范围,简化光学系统的结构,提出了基于离轴自由曲面的大视场两镜无焦光学天线的设计形式。该光学天线采用无焦结构,无需再使用准直透镜元件,可以极大地简化系统结构,克服了传统聚焦光学天线体积过大、大功率光源情况下焦点处功率密度过高等问题。首先,基于三级像差理论,推导了两镜无焦系统的消像差公式,并对求解结果进行了分析总结。然后,根据求解结果和实际需求设计了一款无焦光学天线,该系统的有效通光口径为100 mm,放大倍率为5倍,波段为500~1100 nm,全视场角为0.6°,主镜为凹抛物面的一部分,次镜采用XY多项式表征的自由曲面,并用MATLAB对次镜自由曲面面形进行了仿真。结果表明,光学系统全视场的波像差优于λ/14(λ=500 nm),斯托列尔比大于0.8,系统能量集中度较高,像质接近衍射极限,光学视场相对于传统二次曲面系统增加了26.7%。因此,该种天线结构在激光通信领域具有较强的实用性和很好的发展前景。 展开更多

关键词 光学天线设计 大视场 自由曲面 离轴两镜无焦系统

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