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具有二次像面的三反射光学系统的研究 被引量：28
1
作者 樊学武 马卫红 +1 位作者 陈荣利 李英才 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第8期1001-1003,共3页
论述了一种具有二次像面的偏视场三反射光学系统的设计方法 ,定性地讨论了设计参量β1,Δ ,f′1对系统传递函数的影响 给出两种结构型式 ,两个设计结果 ,并从系统成像质量的好坏、加工的难易程度及结构的可实现性分析了两种结构型式的... 论述了一种具有二次像面的偏视场三反射光学系统的设计方法 ,定性地讨论了设计参量β1,Δ ,f′1对系统传递函数的影响 给出两种结构型式 ,两个设计结果 ,并从系统成像质量的好坏、加工的难易程度及结构的可实现性分析了两种结构型式的优缺点 . 展开更多
关键词 光学系统 反射 传递函数 光学设计 二次成像
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离轴反射光学系统像差特性研究 被引量：10
2
作者 庞志海 樊学武 +3 位作者 任国瑞 丁蛟腾 许亮 凤良杰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期263-267,共5页
以轴对称光学系统的初级矢量波像差理论为基础,通过引入孔径缩放因子和孔径偏移矢量,获得了离轴反射光学系统初级像差特性。通过分析可知:离轴反射光学系统的初级像差依然由球差、彗差、像散组成。由于孔径缩放因子存在,离轴反射光学系... 以轴对称光学系统的初级矢量波像差理论为基础,通过引入孔径缩放因子和孔径偏移矢量,获得了离轴反射光学系统初级像差特性。通过分析可知:离轴反射光学系统的初级像差依然由球差、彗差、像散组成。由于孔径缩放因子存在,离轴反射光学系统的波像差系数均有不同比例的减小,且轴对称光学系统的高级孔径像差会在对应离轴光学系统中引入较低阶孔径像差,例如轴对称光学系统未校正球差,对应的离轴光学系统除过球差外还将引入彗差、像散等。相比于轴对称光学系统的像差,由于孔径偏移矢量的引入,离轴反射光学系统的像差不再关于中心视场旋转对称,有可能在轴外视场产生像差零点。 展开更多
关键词 矢量波像差 离轴反射光学系统 像差
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失调卡塞格林光学系统像差特性的研究 被引量：6
3
作者 庞志海 樊学武 +2 位作者 马臻 陈钦芳 邹刚毅 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期195-200,共6页
以矢量波像差理论为基础,对卡塞格林光学系统的失调像像差特性进行分析,通过分析发现失调的卡塞格林系统不会引入新的像差,只是会导致三阶像差在像面上的分布发生变化,球差在全视场内为常量,彗差零点不再位于视场中心,像散在视场内存在... 以矢量波像差理论为基础,对卡塞格林光学系统的失调像像差特性进行分析,通过分析发现失调的卡塞格林系统不会引入新的像差,只是会导致三阶像差在像面上的分布发生变化,球差在全视场内为常量,彗差零点不再位于视场中心,像散在视场内存在两个零点且不再关于中心视场对称。在校正失调产生轴上彗差的情况下,卡塞格林系统的一个像散零点位于轴上视场,轴上视场的像差接近于零,但是边缘视场的像散依然较大,因此在卡塞格林系统的装调过程中,需要测量多个视场的波像差来确定系统的装调状态。利用CODE V对失调卡塞格林系统的像差在视场上的分布进行仿真,结果表明利用矢量波像差理论可以对失调卡塞格林系统的像差进行定性分析,以提高卡塞格林系统的装调效率。 展开更多
关键词 矢量波像差 光学装调 失调量 像差 卡塞格林光学系统
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大视场三反射面非共轴光学系统研究 被引量：9
4
作者 杨建峰 安葆青 薛鸣球 《光子学报》 EI CAS CSCD 1997年第3期277-281,共5页
本文研究了一种各面都是二次曲面的三反射面非共轴光学系统，并给出视场角为１６° × ２°，焦距为 １５００ｍｍ的设计结果．
关键词 非共轴 光学设计 大视场 全反射 遥感 光学系统
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一种大视场反射光学系统的研究 被引量：5
5
作者 刘卜 樊学武 +1 位作者 屈有山 陈荣利 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期81-83,共3页
从Schwarzschild系统出发,基于设计大视场光学系统的同心原则,设计了一种大视场的三反射光学系统.该系统有两个球面反射镜,一个二次非球面镜,系统在频率50 lp/mm处22°×11°的条形大视场范围内具有良好的成像性能,可以用... 从Schwarzschild系统出发,基于设计大视场光学系统的同心原则,设计了一种大视场的三反射光学系统.该系统有两个球面反射镜,一个二次非球面镜,系统在频率50 lp/mm处22°×11°的条形大视场范围内具有良好的成像性能,可以用于紫外探测光学系统中. 展开更多
关键词 光学系统 SCHWARZSCHILD 传递函数
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小行星探测成像一体化光学设计及杂散光分析
6
作者 边立国 李旭阳 +3 位作者 陈钦芳 许彤裕 陆志贤 张力 《光子学报》 北大核心 2025年第2期112-122,共11页
针对小行星探测成像的任务需求,为降低系统复杂性并减小加工装调难度,设计了一种不进行分光路也能对点目标探测、对面目标成像的探测成像一体化折反式光学系统。该系统采用R-C加校正镜的系统构型,工作于可见光波段,焦距为1472 mm,F数5.... 针对小行星探测成像的任务需求,为降低系统复杂性并减小加工装调难度,设计了一种不进行分光路也能对点目标探测、对面目标成像的探测成像一体化折反式光学系统。该系统采用R-C加校正镜的系统构型,工作于可见光波段,焦距为1472 mm,F数5.26,全视场角为0.895°,成像质量良好,结构紧凑,公差可以满足加工装配要求。考虑到暗弱目标探测的需求,采用近似计算的方式求解系统后向散射杂散光,并给出各光学表面粗糙度具体要求;此外,根据系统结构形式设计了相应的内外遮光罩来抑制视场外杂散光。分析结果表明,系统在给定面型粗糙度和遮光结构条件下可以满足使用要求。 展开更多
关键词 探测成像 杂散光 后向散射 小行星 遮光罩
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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)
7
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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基于自由曲面的紧凑型大视场离轴三反空间光学系统设计 被引量：1
8
作者 陆志贤 李旭阳 +4 位作者 任志广 许彤裕 边立国 魏锦洋 姚凯中 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期166-180,共15页
为缩小空间光学系统的体积,降低遥感卫星的发射成本,根据初级像差理论求解光学系统的初始结构,采用视场和面型的渐进式优化策略设计了一款焦距为2000 mm,视场为5°×5°,F数为12.5,外包络圆直径为750 mm,具有“环形轮廓”... 为缩小空间光学系统的体积,降低遥感卫星的发射成本,根据初级像差理论求解光学系统的初始结构,采用视场和面型的渐进式优化策略设计了一款焦距为2000 mm,视场为5°×5°,F数为12.5,外包络圆直径为750 mm,具有“环形轮廓”的离轴三反光学系统。系统的主镜和三镜采用XY多项式自由曲面,次镜采用Zernike多项式自由曲面。根据自由曲面的面型参数,仿真出三个镜面的二维矢高图。设计结果表明系统的成像质量接近衍射极限,各视场RMS光斑直径最大为8.38μm,小于探测器的2个像元尺寸大小。系统能量集中度高,最大相对畸变量为1.88%,最大波前像差为0.053λ,各视场波像差优于λ/18。公差分析结果表明系统成像质量良好,可以满足各项指标要求。 展开更多
关键词 光学设计 离轴三反 自由曲面 大视场 XY多项式 ZERNIKE多项式 空间相机
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高分辨和超分辨光学成像技术在空间和生物中的应用 被引量：24
9
作者 姚保利 雷铭 +10 位作者 薛彬 郜鹏 严绍辉 赵惠 赵卫 杨建峰 樊学武 邱跃洪 高伟 赵葆常 李英才 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1607-1618,共12页
大到天文光学望远镜观察浩瀚的宇宙,小到光学显微镜探察细微的纳米世界,光学成像技术在人类探索和发现未知世界奥秘的活动中扮演着至关重要的角色.看得更远、看得更细、看得更清楚是人们不断追求的目标.传统光学理论已证明所有经典光学... 大到天文光学望远镜观察浩瀚的宇宙,小到光学显微镜探察细微的纳米世界,光学成像技术在人类探索和发现未知世界奥秘的活动中扮演着至关重要的角色.看得更远、看得更细、看得更清楚是人们不断追求的目标.传统光学理论已证明所有经典光学系统都是一个衍射受限系统,即光学系统空间分辨率的物理极限是由光的波长和系统的相对孔径(或数值孔径)决定的.能否突破这个极限?能否不断提高光学系统的成像分辨率?围绕着这个问题,本文综述了近年来开展的各种光学高分辨和超分辨成像技术,及其在空间探测和生物领域中的应用. 展开更多
关键词 高分辨 超分辨 光学成像 空间光学遥感 显微成像
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基于自由曲面的大视场空间相机光学系统设计 被引量：26
10
作者 李旭阳 倪栋伟 +1 位作者 杨明洋 任志广 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期136-144,共9页
运用自由曲面设计一款大视场离轴三反光学系统,该系统焦距为2 000mm,F数为12,视场角为35°×1°,主镜和三镜采用XY多项式自由曲面设计,且主镜设计为凸面,使子午视场达到35°,进一步拓宽了成像视场.基于优化后的XY多项... 运用自由曲面设计一款大视场离轴三反光学系统,该系统焦距为2 000mm,F数为12,视场角为35°×1°,主镜和三镜采用XY多项式自由曲面设计,且主镜设计为凸面,使子午视场达到35°,进一步拓宽了成像视场.基于优化后的XY多项式系数,利用Matlab软件仿真出主镜和三镜的XY自由曲面面型.设计结果表明,全视场内该系统的光学传递函数在63lp/mm处优于0.4,弥散斑直径小于一个像元尺寸,最大相对畸变小于3%,波像差均优于λ/14,系统能量集中度高,成像质量接近衍射极限.可见自由曲面在提升离轴反射式光学系统的成像视场和成像质量方面具有很大优势,该系统克服了传统离轴反射式光学系统子午方向视场角小的缺点,适合大幅宽推扫成像. 展开更多
关键词 光学设计 大视场 自由曲面 XY多项式 离轴三反
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空间CCD相机测角精度测量方法研究 被引量：2
11
作者 许维星 乔卫东 +2 位作者 杨建峰 薛彬 任焕焕 《红外技术》 CSCD 北大核心 2011年第2期104-107,共4页
利用高精度转台、单轴速率位置转台控制单元、双坐标自准值仪、平行光管、高亮度LED光源及星点板构建地面试验室测量系统进行测量空间CCD相机的测角精度。在数据与图像处理过程中,使用了暗电流定标去噪和将二维图像转换为一维的目标星... 利用高精度转台、单轴速率位置转台控制单元、双坐标自准值仪、平行光管、高亮度LED光源及星点板构建地面试验室测量系统进行测量空间CCD相机的测角精度。在数据与图像处理过程中,使用了暗电流定标去噪和将二维图像转换为一维的目标星点粗定位的预处理方法,并提出适用于本实验的星点细分定位算法。通过实际测量实验,测得的测角精度不高于0.2″,证明了该地面测量方法的有效性和合理性。 展开更多
关键词 几何光学 测角精度 暗电流 定位算法 空间CCD相机
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基于连续变焦的大口径长焦距的探测成像一体化光学系统设计 被引量：3
12
作者 魏锦洋 李旭阳 +4 位作者 谭龙玉 袁灏 任志广 赵佳文 姚凯中 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期142-154,共13页
为实现空间目标的探测与精确识别,设计了一种基于连续变焦结构兼顾大孔径和长焦距的探测成像一体化光学系统,实现了短焦大视场探测,长焦小视场成像的目的。系统采用里奇-克列基昂(RC)结构加校正镜与变焦结构通过光瞳匹配进行结合的方式... 为实现空间目标的探测与精确识别,设计了一种基于连续变焦结构兼顾大孔径和长焦距的探测成像一体化光学系统,实现了短焦大视场探测,长焦小视场成像的目的。系统采用里奇-克列基昂(RC)结构加校正镜与变焦结构通过光瞳匹配进行结合的方式,使用两片反射镜压缩光路,系统工作于450~850 nm的光谱范围内,焦距为700~3500 mm;探测端焦距为700 mm,F数为2.5,视场角为0.5°×0.5°;成像端焦距为1400~3500 mm,F数为5~12.5,视场角为0.18°×0.18°。该系统具有探测能力强、成像质量佳、系统总长短、变焦凸轮曲线升角小等优点。 展开更多
关键词 光学设计 连续变焦 大孔径 探测系统 成像系统 一体化系统 光瞳匹配
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基于受控遗传算法的离轴三反光学系统设计 被引量：1
13
作者 王江涛 王虎 +3 位作者 马占鹏 薛要克 王星艳 连进 《光子学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期68-80,共13页
针对离轴三反光学系统初始结构少,大视场离轴像差优化过程复杂的问题,提出一种将传统光学设计与优化算法相结合的解决方案。通过对指标的参数分析确定结构选型,利用像差理论结合受控遗传算法计算同轴三反系统初始结构,再对系统进行离轴... 针对离轴三反光学系统初始结构少,大视场离轴像差优化过程复杂的问题,提出一种将传统光学设计与优化算法相结合的解决方案。通过对指标的参数分析确定结构选型,利用像差理论结合受控遗传算法计算同轴三反系统初始结构,再对系统进行离轴化并逐步扩大视场,引入自由曲面校正离轴系统产生的非对称像差,实现高质量大视场成像。以一款视场为30°×20°,焦距为110 mm,F数为2.2,工作波段在3~5μm的光学系统为例,设计结果表明光学传递函数MTF接近衍射极限,在奈奎斯特频率25 lp/mm处优于0.6,全视场最大均方根RMS光斑半径值约为6.3μm,最大畸变小于10%,验证了该方法在大视场离轴三反光学系统设计过程中的有效性,对于大视场离轴系统的设计具有一定参考意义。 展开更多
关键词 光学设计 离轴三反系统 受控遗传算法 自由曲面 大视场
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跟踪成像复合轴光学系统设计 被引量：1
14
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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轻型全天时星敏感器光学系统设计
15
作者 陈博帆 薛要克 +3 位作者 沈阳 叶水福 王虎 解永杰 《光子学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期56-67,共12页
采用微晶结构铝合金轻质材料作为主镜、次镜、支撑结构,设计了一种轻型全天时无热化星敏感器光学系统,焦距450 mm,有效入瞳孔径80 mm,视场角2ω=3.6°,工作谱段0.8~1.1μm,在-20~55℃温度范围内拥有优良的温度适应性。对遮光罩进行... 采用微晶结构铝合金轻质材料作为主镜、次镜、支撑结构,设计了一种轻型全天时无热化星敏感器光学系统,焦距450 mm,有效入瞳孔径80 mm,视场角2ω=3.6°,工作谱段0.8~1.1μm,在-20~55℃温度范围内拥有优良的温度适应性。对遮光罩进行设计,使太阳抑制角30°以外范围系统点源透过率优于10^(-6),满足高杂散光抑制比需求。在保证成像质量的情况下满足了系统轻量化需求,为实现工作于临近空间的全天时星敏感器光学技术发展提供了有力支撑。 展开更多
关键词 光学设计 全天时星敏感器 杂散光抑制 全铝结构 无热化设计
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非球面干涉定心方法研究 被引量：14
16
作者 马臻 李英才 +2 位作者 樊学武 陈荣利 段学霆 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1455-1458,共4页
由于非球面光轴的唯一性,非球面定心工艺中需分别定义顶点偏心误差和球心偏心误差.通过估算顶点偏心在传统定心仪上的测量误差,可以发现传统定心仪很难达到控制目的,而干涉测量方法却能得到较高的准确度.理论推导和模拟计算表明:顶点偏... 由于非球面光轴的唯一性,非球面定心工艺中需分别定义顶点偏心误差和球心偏心误差.通过估算顶点偏心在传统定心仪上的测量误差,可以发现传统定心仪很难达到控制目的,而干涉测量方法却能得到较高的准确度.理论推导和模拟计算表明:顶点偏心角与偏心彗差之间有线性关系,顶点偏心角的彗差灵敏度与非球面的陡度成正比.使用干涉检测的方法可以同时控制非球面的两种偏心误差,且其检测准确度可以达到0.02mm. 展开更多
关键词 非球面 定心 干涉检验 偏心彗差
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偏视场用三反射系统的一次杂光问题研究 被引量：16
17
作者 樊学武 马臻 +1 位作者 陈荣利 李英才 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第8期960-963,共4页
介绍了传统的二反射系统的杂光设计方法 ,研究了偏视场用三反射系统的杂光域与光阑位置的关系 ;指出了在线遮栏比较小 (如 1/ 4 )和半视场角比较大 (如 0 .77°)的情况下 ,设计时可不考虑用外遮光罩消一次杂光 ;给出了在不使用外遮... 介绍了传统的二反射系统的杂光设计方法 ,研究了偏视场用三反射系统的杂光域与光阑位置的关系 ;指出了在线遮栏比较小 (如 1/ 4 )和半视场角比较大 (如 0 .77°)的情况下 ,设计时可不考虑用外遮光罩消一次杂光 ;给出了在不使用外遮光罩消一次杂光的情况下 ,决定主镜上内遮光筒和次镜上内遮光罩的长度的方法 ,此时系统线遮栏比为 1/ 2 .6 ;由于飞行方向与垂直方向视角不同 ,主镜上遮光筒和次镜上遮光罩的形状可以设计成非轴对称形状 ,并可使系统线遮栏比降为 1/3.3;在此基础上提出了进一步减少系统遮栏比的方法 ,使线遮栏比降为 1/ 3. 展开更多
关键词 三反射系统 杂光 偏视场 光阑
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红外3.7～4.8μm波段折射/衍射光学系统的消热差设计 被引量：13
18
作者 白瑜 杨建峰 +2 位作者 马小龙 阮萍 田海霞 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期2261-2264,共4页
研究了衍射光学元件在红外折射/衍射混合光学系统中的消热差特性并给出了具体设计实例,该系统工作波段为3.7～4.8μm,全视场角为7.12°,满足100%冷光阑效率.系统仅采用硅和锗两种材料,设计结果表明,该系统在-50～100℃温度范围内不... 研究了衍射光学元件在红外折射/衍射混合光学系统中的消热差特性并给出了具体设计实例,该系统工作波段为3.7～4.8μm,全视场角为7.12°,满足100%冷光阑效率.系统仅采用硅和锗两种材料,设计结果表明,该系统在-50～100℃温度范围内不仅成像质量接近衍射极限,而且结构简单、体积小、质量轻,适用于像元尺寸为30μm、像元数320×240的凝视焦平面阵列探测器. 展开更多
关键词 衍射光学 消热差 光学设计 红外光学系统
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长波红外大视场大相对孔径光学系统设计 被引量：15
19
作者 陈潇 杨建峰 +3 位作者 马小龙 何佶珂 何建伟 白瑜 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期350-353,共4页
设计了用于非制冷红外焦平面阵列探测器的大视场、大相对孔径的长波红外物镜。系统由3片非球面锗镜组成,采用反远距结构,系统焦距为6mm,相对孔径为1∶0.8,全视场角为160°,总长为86.13mm。设计结果表明:在空间频率为20lp/mm处的MTF... 设计了用于非制冷红外焦平面阵列探测器的大视场、大相对孔径的长波红外物镜。系统由3片非球面锗镜组成,采用反远距结构,系统焦距为6mm,相对孔径为1∶0.8,全视场角为160°,总长为86.13mm。设计结果表明:在空间频率为20lp/mm处的MTF值大于0.7,接近衍射极限。该系统除具有反远距结构的结构简单、体积小、质量轻、像面照度均匀等优点外,还具有超大视场。 展开更多
关键词 大视场 长波红外 非球面 光学设计
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长波红外两档5倍变焦光学系统设计 被引量：16
20
作者 白瑜 杨建峰 +2 位作者 马小龙 阮萍 田海霞 《红外技术》 CSCD 北大核心 2008年第8期439-441,共3页
与连续变焦光学系统相比,两档变焦光学系统具有结构简单、装调容易、透射比高等优点。针对320×240非制冷焦平面阵列探测器,设计了一个长波红外两档变焦光学系统,系统采用切入式变焦方式,在短焦时切入两片透镜实现宽视场,宽视场时... 与连续变焦光学系统相比,两档变焦光学系统具有结构简单、装调容易、透射比高等优点。针对320×240非制冷焦平面阵列探测器,设计了一个长波红外两档变焦光学系统,系统采用切入式变焦方式,在短焦时切入两片透镜实现宽视场,宽视场时全视场角为31.4°,可用于跟踪和搜索目标;窄视场时全视场角为6.44°,可用于捕获和观察目标。通过引入二元面和非球面,大大提高了成像质量,在空间频率11 lp/mm处,宽视场和窄视场都具有较好的成像质量。 展开更多
关键词 光学设计 红外光学系统 两档变焦 非球面
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