红外光学系统

摘要： 利用普通红外光学材料实现的大视场光学被动无热化系统应用于当前新型高分辨率、大面阵红外探测器时存在透镜数量多,不易实现轻量化、小型化的技术问题。为此,引入了低折射率温度系数的硫系玻璃,并设计了一种工作波段为8~12 m、视场为40°×32.5°、F数为1.0且适配1280×1024探测器的光学被动无热化成像光学系统。设计结果表明,在-55°C~70°C的工作温度范围内,探测器特征频率421p/mm处的光学传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)值均大于0.35,系统成像性能良好,能够满足实际工程应用需求。

摘要： 讨论了基于光纤传输的柔性红外光学成像系统设计方法,采用光学成像前置模块+光纤传像束+光学成像后置模块的分体式布局,通过合理的优化设计,实现光学孔径与制冷探测器的高效匹配.该设计方法减轻了伺服转动机构光学负载质量,压缩了光学负载的外形尺寸,扩展了光机系统柔性布局的新方式,通过该设计方法,配合伺服转动结构,可实现半球空域内的任意方向成像.

摘要： 在大视场红外光学系统中,基于普通红外光学材料实现的光学被动无热化系统存在透镜数量多且不易实现轻量化、小型化的技术问题.为解决这个问题,采用硫系玻璃与常用红外材料组合来实现光学被动无热化,并设计了一种视场为40°×32.5°、工作波段为8～12μm、F数为1.0、工作温度范围为-55°C～+70°C的小型化非制冷红外成像光学系统.设计结果表明,该系统结构简单紧凑、成像性能良好,在空间频率421p/mm处的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)值大于0.3,能够满足实际工程应用的需求.

摘要： 硫系玻璃作为光学晶体的替代材料得到广泛关注,其具有光谱透过率高、热稳定性好、适合模压成型、价格便宜等特点.基于硫系玻璃的温度特性以及光学被动消热差理论,设计了工作波段为8μm～12μm、F#为1、视场角为38°、系统总长为16.7 mm红外消热差光学系统.系统采用三分离式结构,使用IRG202和IRG206两种硫系玻璃材料,仅引入2个偶次非球面,未使用衍射面,具有结构紧凑、成本低、光通量高等优点.系统适配像元数为384×288的非制冷型红外面阵探测器,像元大小为17μm.设计的镜头在-40°C～60°C温度范围内,各视场调制传递函数在奈奎斯特频率处均大于0.4,光学系统成像性能稳定.该系统可广泛应用于车载夜视和安防监控领域中.

摘要： 红外摄远光学系统的系统长度小于焦距,所以焦距相同时,摄远型光学系统比非摄远型系统结构更加紧凑,制作成本更低。本课题利用ZEMAX光学设计软件设计了一款中波红外摄远物镜,该系统工作波段为3~5μm,采用2/3英寸CCD,焦距200 mm,摄远比达到0.8,F数为2.43,总长为160 mm。光学系统调制传递函数接近衍射极限,各视场点列图的均方根半径都小于艾里斑半径,系统成像质量较好。此外,该系统体积小,结构简单,易于加工。

摘要： 红外摄远光学系统的系统长度小于焦距,所以焦距相同时,摄远型光学系统比非摄远型系统结构更加紧凑,制作成本更低.本课题利用ZEMAX光学设计软件设计了一款中波红外摄远物镜,该系统工作波段为3～5μm,采用2/3英寸CCD,焦距200 mm,摄远比达到0.8,F数为2.43,总长为160 mm.光学系统调制传递函数接近衍射极限,各视场点列图的均方根半径都小于艾里斑半径,系统成像质量较好.此外,该系统体积小,结构简单,易于加工.

摘要： 建立了工作在一定入射角度范围内的多层衍射光学元件的复合带宽积分平均衍射效率的分析模型.基于衍射光学元件所具有的独特的消色差和消热差性质,设计了一个含有双层衍射光学元件的工作在(3.7～4.8)μm和(7.7～9.5)μm红外双波段光学系统.光学系统的焦距为200 m m,F#为2.采用像元数为320×256、间距为30μm的制冷型探测器.该系统在空间频率17 lp/mm时,中、长波红外MTF分别高于0.66和0.54;最大RMS半径小于11.702μm;波前像差小于0.1917λ;最大离焦量小于焦深;在-55°C ～71°C范围内实现了无热化设计.入射到衍射面上的角度为0°～5.19°,该双层衍射光学元件在中波和长波波段的复合带宽积分平均衍射效率分别为99.81％ 和97.36％.含有双层衍射光学元件的红外双波段光学系统结构简单,像质优良,可以广泛应用于军事探测系统中.

摘要： 采用分离式光学补偿方式对传统连续变焦中波红外光学系统进行改进,将变倍组和补偿组分开独立,使系统同时满足超长焦距(916.2mm)、超大视场(36°)、小型化的需求.变倍过程中变倍补偿曲线平滑、无拐点、像面稳定,光学系统外形包络在335mm×118mm(局部169mm)×100mm(局部Φ168mm)范围内,系统结构紧凑,像质评价结果表明光学系统像质良好。

摘要： 本文研究一种基于卡塞格伦结构的毫米波/红外共口径天线中的小遮挡比红外光学系统，基于R-C系统，使用ZEMAX软件设计了遮拦比不大于0.16的折反射红外光学系统。在设计中采用了4个非球面，其中校正透镜组采用了2个高次非球面。系统结构紧凑，在8～12um波段、视场为2.4°的条件下成像质量良好。

摘要： 渡前编码技术是通过在光学系统的光阑位置放置位相板，对波前进行调制，使得光学系统对很多像差不敏感，增大焦深，通过对中间模糊图像的数字滤波处理，可以获得清晰图像。焦深延拓的特点使该技术在红外光学系统无热化方面有很好的应用前景。设计了一个有效焦距f’为100mm，F数为1.2，工作波段7.5～13.5μm，工作距离2 km的非制冷型红外光学系统，在光阑处放置一块三次位相板，通过CODEV模拟光学系统在-40～60°C温度范围内的性能变化，结果表明在此温度变化范围内波前编码光学系统MTF维持不变。使用MATLAB模拟波前编码系统中间成像及其滤波结果，实验结果表明波前编码技术可使红外光学系统在大温差环境下获得清晰图像。

摘要： 空间温度变化已成为制约红外光学系统性能提升的重要因素之一,本文介绍了红外光学系统无热化实现途径,并分别利用光学被动补偿方法和机械被动补偿方法设计了一个工作波段为8-12μm的红外光学系统;结果表明在-20-60°C的环境温度中,红外光学系统MTF@201p/mm均值和像元能量集中度均值的变化均优于2.4％;最后,给出了选择无热化补偿方法的基本原则。

摘要： 红外光学系统作为空空导弹的重要有机组成部分，要经历复杂的温度场环境。文中采用有限元分析方法对红外光学系统结构在高低温状态下的变形作了全面的分析，从而验证了光学系统的结构是否满足光学像质要求和温度要求，确定了面形变化的显著区域，并专门对关键结构进行了详细分析。本方法对光学系统结构设计和分析具有现实意义，为以后进一步进行光学系统结构的消热差分析研究奠定了基础。

摘要： 介绍了目前测量红外光学系统焦距的测试方法。通过对其原理和测量方法的研究分析，给出测量装置的技术方案。文章还介绍了标定红外光学系统焦距测量装置的方法和手段，为今后建立红外光学系统焦距测量标准和进行量值传递打下了基础。采用该装置对红外光学透镜焦距进行了测试，并对红外光学系统焦距测量装置进行不确定度分析。大量分析结果表明，焦距测量结果的不确定度为1％。鉴于红外技术在各个领域的广泛应用，红外光学系统焦距的准确测量将有助于光学系统的像质评价和分析。

摘要： 金属反射镜是空间和军用红外光学系统中关键元件之一,本文分析了适用于空间光学系统反射镜的主要材料,指出了铝合金作为反射镜材料的优点与缺陷,介绍了用SPTD加工铝合金反射镜的方法,以及反射镜的镀膜和检测,并完成了口径为235的铝合金非球面反射镜的制造,用Zygo干涉仪进行面形检测,其面形精度达到0.13λ(RMS,λ＝632.8um),镀膜后用红外傅里叶光谱仪检测,在红外中波波段(3.7-4.8)um反射率大于99%.

摘要： 折/衔混为实现超宽温度范围内消热差设计提供了新的途径。文中系统工作波段为8～12μm，全视场角为80，焦距为100 mm，相对孔径为1／1.5，总长为130 mm，后工作距为48.2 mm。系统使用了锗和硒化锌两种材料，采用三片式结构。衍射面和二次非球面地引入，不但消热差，而且使得结构简单化，轻量化，很好地提高了成像质量。设计结果表明:在-80-160°C温度范围内，在空间频率为12 lp／mm处，各个温度下的MTF值均大于0.7，接近于衍射极限，成像质量良好，实现了消热差设计。本系统适用于像元尺寸为45 μm，像元数为640×480的非制冷红外焦平面阵列探测器。

摘要： 折/衔混为实现超宽温度范围内消热差设计提供了新的途径。文中系统工作波段为8～12μm，全视场角为80，焦距为100 mm，相对孔径为1／1.5，总长为130 mm，后工作距为48.2 mm。系统使用了锗和硒化锌两种材料，采用三片式结构。衍射面和二次非球面地引入，不但消热差，而且使得结构简单化，轻量化，很好地提高了成像质量。设计结果表明:在-80-160°C温度范围内，在空间频率为12 lp／mm处，各个温度下的MTF值均大于0.7，接近于衍射极限，成像质量良好，实现了消热差设计。本系统适用于像元尺寸为45 μm，像元数为640×480的非制冷红外焦平面阵列探测器。

摘要： 折/衔混为实现超宽温度范围内消热差设计提供了新的途径。文中系统工作波段为8～12μm，全视场角为80，焦距为100 mm，相对孔径为1／1.5，总长为130 mm，后工作距为48.2 mm。系统使用了锗和硒化锌两种材料，采用三片式结构。衍射面和二次非球面地引入，不但消热差，而且使得结构简单化，轻量化，很好地提高了成像质量。设计结果表明:在-80-160°C温度范围内，在空间频率为12 lp／mm处，各个温度下的MTF值均大于0.7，接近于衍射极限，成像质量良好，实现了消热差设计。本系统适用于像元尺寸为45 μm，像元数为640×480的非制冷红外焦平面阵列探测器。

摘要： 本发明公开了一种双狭缝长波红外光谱仪及其光学系统、光学系统设计方法，其中，光学系统包括第一倾斜狭缝、第二倾斜狭缝、主镜、次镜和三镜；其中，主镜和三镜均为球面反射镜，次镜为一凹面镀有反射膜的曲面棱镜，主镜、次镜、三镜形成offner结构；在温度T1时，第一倾斜狭缝、主镜、次镜、三镜、长波红外光谱仪的像面均处于第一光路；在温度T2时，第一倾斜狭缝、主镜、次镜、三镜、长波红外光谱仪的像面均处于第二光路；T1＞T2。本发明在未牺牲系统像质，大温差应用环境的情况下，在一个系统中同时满足了常温装调，低温使用，稳定性好，体积小质量小，同时加工制造难度低。

摘要： 本发明公开了一种双狭缝长波红外光谱仪及其光学系统、光学系统设计方法，其中，光学系统包括第一倾斜狭缝、第二倾斜狭缝、主镜、次镜和三镜；其中，主镜和三镜均为球面反射镜，次镜为一凹面镀有反射膜的曲面棱镜，主镜、次镜、三镜形成offner结构；在温度T1时，第一倾斜狭缝、主镜、次镜、三镜、长波红外光谱仪的像面均处于第一光路；在温度T2时，第一倾斜狭缝、主镜、次镜、三镜、长波红外光谱仪的像面均处于第二光路；T1＞T2。本发明在未牺牲系统像质，大温差应用环境的情况下，在一个系统中同时满足了常温装调，低温使用，稳定性好，体积小质量小，同时加工制造难度低。

摘要： 光学系统(LS)具有孔径光阑(S)以及相比孔径光阑(S)配置于物体侧且满足以下条件式的正透镜(L4)：‑0.010

摘要： 光学系统(LS)具有孔径光阑(S)以及相比孔径光阑(S)配置于物体侧且满足以下条件式的负透镜(L4)：‑0.010

摘要： 针对现有技术中的非制冷双视场光学系统镜片数量多、切换复杂、对系统装配误差要求高等问题，本发明提供一种非制冷双视场红外光学系统及应用该系统的光学镜头，包括从物方至像方依次同轴设置的前固定会聚透镜组、移动变倍透镜组、后固定会聚透镜组、探测器保护玻璃和用于成像的成像探测器焦平面，所述的移动变倍透镜组在前固定会聚透镜组和后固定会聚透镜组之间移动从而进行双视场切换，其技术方案在于：所述的后固定会聚透镜组由依次设置的弯月形正透镜II和弯月形正透镜III组成。本发明透镜数量少，光能利用率高，双视场成像清晰；各透镜光焦度及表面曲率的合理配置降低系统误差敏感度、提高装配效率、降低生产成本。

摘要： 本发明提出了一种红外光学系统的视场切换机构及红外光学系统。视场切换机构包括：支架和切换组件。其中，支架设有多组视场镜组件；切换组件设于支架并与多组视场镜组件连接，用于调整各组视场镜组件切入或切出光路。根据本发明的视场切换机构，通过切换组件调整各组视场镜组件切入或切出光路，实现不同组视场镜组件的切换，从而可以实现红外光学系统的视场切换，以简洁的结构满足红外光学系统具体功能对视场的不同要求。

摘要： 本发明涉及使用制冷型红外焦平面探测器的热像仪用红外光学系统，属于红外光学技术领域。该红外光学系统是一个视场超过125°的广角镜头。传统的这类镜头的有效光阑位于杜瓦瓶的冷屏上,以便确保系统的冷屏效率达到100％，从而使系统复杂，外形尺寸偏大。内置杜瓦瓶的迷你型红外光学系统包括杜瓦瓶窗口、第一透镜、第二透镜、第三透镜和冷光栏。杜瓦瓶窗口在使用环境温度下工作；其余三片透镜与杜瓦瓶的冷指联接，在探测器温度下工作。杜瓦瓶窗口因环境温度的变化所引起的光学系统像面飘移和像质恶化是可以容忍的，因此该镜头不需要热补偿设计和调节机构。系统设计小巧，需要制冷的透镜总质量不超过2.5克，所以它的热负载很小。

摘要： 针对现有技术中的非制冷双视场光学系统镜片数量多、切换复杂、对系统装配误差要求高等问题，本发明提供一种非制冷双视场红外光学系统及应用该系统的光学镜头，包括从物方至像方依次同轴设置的前固定会聚透镜组、移动变倍透镜组、后固定会聚透镜组、探测器保护玻璃和用于成像的成像探测器焦平面，所述的移动变倍透镜组在前固定会聚透镜组和后固定会聚透镜组之间移动从而进行双视场切换，其技术方案在于：所述的后固定会聚透镜组由依次设置的弯月形正透镜II和弯月形正透镜III组成。本发明透镜数量少，光能利用率高，双视场成像清晰；各透镜光焦度及表面曲率的合理配置降低系统误差敏感度、提高装配效率、降低生产成本。

摘要： 本实用新型提出了一种红外光学系统的视场切换机构及红外光学系统。视场切换机构包括：支架和切换组件。其中，支架设有多组视场镜组件；切换组件设于支架并与多组视场镜组件连接，用于调整各组视场镜组件切入或切出光路。根据本实用新型的视场切换机构，通过切换组件调整各组视场镜组件切入或切出光路，实现不同组视场镜组件的切换，从而可以实现红外光学系统的视场切换，以简洁的结构满足红外光学系统具体功能对视场的不同要求。

摘要： 针对现有技术中的非制冷双视场光学系统镜片数量多、切换复杂、对系统装配误差要求高等问题，本实用新型提供一种非制冷双视场红外光学系统及应用该系统的光学镜头，包括从物方至像方依次同轴设置的前固定会聚透镜组、移动变倍透镜组、后固定会聚透镜组、探测器保护玻璃和用于成像的成像探测器焦平面，所述的移动变倍透镜组在前固定会聚透镜组和后固定会聚透镜组之间移动从而进行双视场切换，其技术方案在于：所述的后固定会聚透镜组由依次设置的弯月形正透镜II和弯月形正透镜III组成。本实用新型透镜数量少，光能利用率高，双视场成像清晰，各透镜光焦度及表面曲率的合理配置降低系统误差敏感度、提高装配效率、降低生产成本。