小视场红外光学系统设计

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光学系统小型化设计

光学系统小型化轻量化设计光学系统小型化随着光电成像器件和计算机技术的飞速发展，为了满足军用仪器设备体积小、质量轻、机动灵活的需要，光学识别系统向着高灵敏度、小型化的方向发展。

1.衍射光学元件随着超大规模集成电路制作工艺的发展，衍射光学元件因其具有轻型化、集成化、价格低廉、便于压膜复制等优点广泛地应用于光学仪器领域。

小型化光学识别系统将二元衍射元件与传统光学元件相结合，改进后的装置结构紧凑、质量轻、体积较小( 130 mm×90 mm) ，推动了光学识别系统的小型化发展。

光学识别系统的光学系统主要包括准直扩束系统和傅里叶变换系统，其中准直扩束系统主要由准直物镜与会聚物镜组成。

2.简化光学系统根据技术指标要求，采用机械补偿法设计光学系统，选择合适的光学材料及各组元光焦度的合理匹配，选取远摄结构的前固定组实现系统小型化。

减小变倍组和补偿组的焦距是实现光学系统小型化的有效手段。

但变倍组和补偿组焦距的减小是有一定限度的，其受到高级像差增大的限制。

系统简化会引起图像质量下降，可以通过计算成像的方法与光学系统设计相结合，提高图像质量。

光学系统轻量化随着空间光学遥感器地面分辨率的不断提高，导致其视场角、焦距、主镜口径不断增大，对其结构轻量化和稳定性要求也变得越来越苛刻，使光学系统在设计、加工制造、总装调试和检测方面的难度越来越大。

同时，口径的增大也使系统受重力和温度的影响更加突出，因此，针对大口径光学遥感器地面和在轨工作条件的差异，设计出合理的轻量化主镜及其支撑结构，尽量减少系统自重和温度变化对镜面变形的影响，是实现光学遥感器研制成功的关键技术之一。

目前，光学系统轻量化实现途径一是选用新型性能优良的材料和工艺；二是选择新型的超薄镜片技术；三是选择有效的轻量化结构并确定最优的结构参数。

目前，国内外镜体轻量化技术研究主要有3种途径: 浇铸成型法、高温熔接法或熔接物封接法和机械钻削减重法。

参考文献[1]王海燕，苗华，陈宇，光学识别系统小型化设计，激光与红外，2011，12（12）[2]王红，田铁印，5倍变焦距光学系统小型化设计，中国光学，2014，4（2）[2]闫勇，金光，杨洪波，空间反射镜结构轻量化设计，红外与激光工程，2008，2（37）。

基于DMD的红外双波段景象模拟投影光学系统设计

３～５、８～１２１５０
Ｆ／２
５．３３￣５ｇｍ＞０．６；８￣１２Ｆｍ＞０．３
影光学系统等。由计算机图像生成器生成的图像数据，经过数字信号处理电路，送人ＤＭＤ驱动电路．并将数据保存在ＣＭＯＳ存储单元。黑体光源产生
．２系统初始结构的选取红外热辐射经过照明光学系统和投影棱镜后均匀照２
射ＤＭＤ，存储单元根据存储的二进制信息产生驱动
红外光学系统主要有透射式和反射式两种类
电压控制ＤＭＤ的偏转状态，反射红外热辐射；红外型。一般同轴反射式光学系统的视场角较小且存在热辐射通过投影棱镜，输入到投影光学系统，被投影中心遮拦问题，离轴反射式能够解决视场角和中心到被测试单元的人瞳处，使红外成像系统如同工作遮拦的问题，但其加工、装调等要求极高。透射式光
ｔｅｎｒｏｆｃｏａｘｉａｌｄｕａｌ－ｂａｎｄｉｎｒｆｒｅａｄ（ｍｉｄｄｌｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ３￣５ｇｍｎｄａｌｏｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ８￣１２ｇｍ）ｓｃｅｎｅｓｉｍｕｌａｔｏｒｉｓｄｅ —
ｔｈｅｉｍａｇｅｄｉｓｔａｎｃｅ５。ｌｍｍ，ｔｈｅＭＴＦｏｆｍｉｄｄｌｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈｎ０ａ．７；ｔｈｅＭＴＦｏｆｌｏｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｓ

红外反远距光学系统的小型化设计

高斯光学分析，出进一步小型化的途径；据探测器参数，出了光学系统的参数，距找根提焦
１ｍｍ，／０Ｆ＃为１２视场６。实例方案中，学结构采用４片硅片，．，０。光２个二次曲面；学系统长光
ｉｍｏｅｔａ５／ａｈｕｏｆｆｅｕｎｙＴｈｅｇｈｏｈｐｉａｙｔｍｓｓｏｔｒｔａｓｒｈｎ４６ｔｔｅｃｔｆｒｑｅｃ．９ｅｌｎｔｆｔｅｏｔｃｌｓｓｅｉｈｒｅｈｎ５７
本低，于机械安装，境使用范围广。便环
关键词：远距物镜；小型化设计；中波红外；光学设计反
中图分类号：ＴＮ２２２文献标志码：Ａ
Ｍｉｉｔｒｚｔｏｓｇｆｉｒｒｄｉｖｒｅｅｅｈｏｏｏｉａｙｔｍｎａｕｉａｉｎｄｅｉｎｏｎｆａｅｎｅｔｄｔｌｐｔｐｔｃｌｓｓｅ
Ｔｈｅｓｓｅｃｎｓｓｓｏｉｃｓｏｆｓｌｃｎｌｎｎｄ２ｓｃｙｔｍｏｉｔｆ４ｐｅｅｉｉｏｅｓａｅｏｎｄｏｄｅｓｈｅｉｕｆｃ，ａｔＴＦｒｒａｐｒｃｓｒａｅｎｄｉｓＭ
ｍｍ，ａｔａｅｅＳｌｓｈａ４ｍｍ．ＴｈｅｓｔｍＳｃｎｄｉｓｄｉｍｔｒｉｅｓｔｎ２ｙｓｅｉｏｍｐａｔｉｉｅ．ｃｔｅｆｃｉｎｄｅｓｃｎｓｚｏｓｆｅｔｖｅａａ — Ｙｔｅａｓｍｂｌｄ，ｎｄｉｏｉｓｇｏｄｐｅｆｍａｅｆｏ一４ｏｂｓｅｅａｔｐｒｖｄｅｏｒｏｒｎｃｒｍ０℃ ｔ０℃ ｏ６

code v红外光学系统设计流程

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在进行红外光学系统设计之前，首要任务是明确设计需求。

试论红外偏振成像系统光学设计

试论红外偏振成像系统光学设计随着科技的发展，人们对于影像的需求也变得越来越高。

而在红外成像领域，紫外成像和可见光成像在某些应用方面存在一定的局限，因此红外成像技术应运而生。

红外偏振成像系统是红外成像技术的一种表现形式，它通过提取红外偏振信息来实现高精度成像，具有较高的应用前景。

本文将针对红外偏振成像系统的光学设计进行探讨。

1. 红外偏振成像系统的光学原理红外偏振成像系统是基于红外成像技术和偏振光成像技术的结合。

在光学上，红外偏振成像系统采用了偏振光，利用偏振光在被扫描的表面反射或透射时的性质来提取目标物的偏振信息，从而实现对目标物的高精度成像。

2. 光学设计方法光学设计是红外偏振成像系统设计中的重要部分。

其主要目的是设计出合适的光路和光学元件，以保证系统能够满足特定应用的成像要求。

对于红外偏振成像系统的光学设计，可采用以下方法：2.1 光学系统的基本参数设计首先，需要确定红外偏振成像系统的基本参数，如成像倍率、视场角、分辨率等。

这些参数直接影响到整个系统的成像质量和性能。

例如，成像倍率是成像的重要指标之一，它可以决定系统的分辨率和细节的清晰度。

因此，在进行光学设计时，需要根据所需的成像要求来确定这些基本参数，以满足特定的应用。

2.2 光路的设计光路设计是红外偏振成像系统中的核心部分。

光路的设计包括确定透镜组合、光源、探测器以及其他光学元件等。

在确定透镜组合时，需要根据系统的要求来选择相应的透镜形式，如平面透镜、非球面透镜等。

同时，还需要考虑透镜的直径、焦距、材料等因素。

在确定光源时，需要根据目标物的性质和照明范围来选择最合适的光源。

通常采用红外LED、激光等光源。

在确定探测器时，需要考虑探测器灵敏度、分辨率和响应时间等参数，以便达到最佳效果。

2.3 其他光学元件的设计除了透镜组合、光源和探测器之外，红外偏振成像系统中还需要其他一些光学元件，如滤波器、偏振器等。

滤波器的作用是将特定波长的光线传递到目标物表面。

满足双视场需求的红外模拟光学系统的设计

维普资讯
第３６卷第ｌ期
ＶＯ．６Ｎｏ１１．３
红外与激光工程
ＩｒｒｄａｄＬｓｒＥｇｎｅｉｇｎｆａｅｎａｅｎｉｅｒｎ
２ｏｏ７年２月
Ｆｂ２０ｅ．０７
满足双视场需求的红外模拟学系统的设计
ＴｅｐｏｅｔｎｏｔｓｃｌｍａｓｉｆｒｄｉｇｒｍＬＬｏｇｎｒｔｉｒｅｃｎｏｉｎｔ．ｈｈｒｃｉｐｉｏｌｔｎａｅｍａｅｆＣＶｔｅｅａｎａｄｓｅｅｆｍｎｉＴｅｊｏｃｉｅｒｏｅｆｒｒｉｆｙ
Ｄｅｉｎｏｃｎｉｕｌｔｏｐｉｓｆｒｄｌｆｅｄａｌｓｇｆｓｅｅｓｍａｉｎｏｔｃｏｕａｌｎｇｅｉ
ｉｆａｅｍａｅｓｎｒｒｄｌｇｒ
ＺＨＥＮＧＹａｗｅ，ＧＡＯｉｏｂ，ＡＮＧｕ，ＨＥＮｉｌｇ — ｉＪ —ｏＷａＪｎＣＨｕ — ｎｉ
表明此投射光学系统像质达到理想状态。最后分析了光学系统性能参数与指标要求的符合。满足设在
计指标的前提下，变焦系统相比，光学系统结构简单、本低、行性高。和该成可关键词：场景摸拟器；液晶光阀；变焦系统；调制传递函数中图分类号：Ｎ２；４Ｔ１Ｏ３文献标识码：Ａ文章编号：０７２７（０７０－０７０１０ — ２６２０）１０７ — ５
ｖｒｉｇｉｇｉｅｈｅｄｏｅｔｓｏｔｓＴｅｐｏｅｆｎｏｔｓｉｄｓｎｄｆｒａｃｎｔｔｅｄａｙｎｍａｅｓｅｍｅｔｔｅｎｅｆｔｔｐｉ．ｈｒｊｃｏｐｉｓｅｉｅｏｓｎｌｚｓｈｅｃｉｃｇｏａｆｉ

红外生命探测仪用光学系统的设计

ｚｏｒｔｏｏ．ＳｎｅｉｕｅｎＳａｅｉｌｆｒｉｓｌｎ，ｉｓＦｕｂｒｉｇｅｔｒｔａ．ｉｈｏｍａｉｆ３ｉｃｔｓｓＧｅａｄＺｎｅｍｔｒａｓｏｔｅｓｔｎｍｅｓｒａｅｈｎ１ｉｗｈｃ
ｓａｉｅｕｎｙｏ１／ｐｔｌｑｅｃｆ５ｐｍｍ．ｆｒｈｍｐｒｔｒｎｅｆｈｐｉｌｙｔｍａｄｔｅａａｅｅｆａｆｒｌＡｅｔｅｅｅａｕｅａｇｅｔａｓｓｎｒｍｔｒｏｔｔｒｏｔｏｃｅｈｐｓ
Ａｂｓｒｃ：ｔａｔＴｏｌｔｔｅｏｔｃｌｓｓｅｏｎｉｒａｅｉｅｅｔｒｈｖａｇｒｄｔｃｉｎａｅ，ａｎｗｅｈｐｉａｙｔｍｆａｎｆｒｄｌｅｄｔｃｏａｅａｌｒｅｅｅｔｏｒａｅｆ
为变倍
为补偿组，（为后固定组。图１ｊ５中，上
０引言
以往的红外生命探测仪一般都是采用固定焦距透镜的单视场系统。该系统所用的透镜片
数少，并且能够较好地吸收红外辐射能量，但是
性，无法很好地适应灾后复杂多变的环境。随着技术的改进，变焦距视场系统逐渐取代了单视
ｉｆａｅａｅｄｏｉｗｐｉａｅｅｔｏｙｔｍｓｐｏｏｅ．Ｔｈｐｉａｙｓｅｉｏｍｙｔｍ．ｎｒｒｄｄｕｌｆｌｆｖｅｏｔｃｌｄｔｃｉｎｓｓｅｉｒｐｓｄｉｅｏｔｃｌｓｔｍｓａｚｏｓｓｅＢｅａｓｓｌｎｒｕｏｍｓａｄｃｍｐｎａｅｅｐｅａｕｒｙａｉｌｃｕｅｉｅｓｇｏｐｚｏｎｏｔｅｓｔｓｔｍｒｔｅｂｘａｔｏ，ｔｌｃｒｍｅｈｎｃｌｙｔｍｍｏｉｎｉｓｅｅｔｏｃａｉａｓｅｓｉｉｐｉｅｓｓｍｌｄ．Ｔｈｙｔｍａｎｏｅａｉｎｗａｅｂａｄｏｏ１ｍ．ｃｌａｅｏ５ｔ４ｎａｄａｉｆｅｓｓｅｈｓａｐｒｔｏｖｎｆ８ｔ４ｕａｆａｎｇｆｏ１０ｉｎｏｒ３ｎｉ

三视场红外搜索光学系统的设计

ｌｅｎｓ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒａｓｐｈｅｒｉｃｌｅｎｓｅｓｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｂｙｃｏｒ — ｒｅｃｔｉｎｇｓｐｈｅｒｉｃａｌａｂｅｒｒａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍａ．ＴｈｅｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙＣＯＤＥＶｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｍａｘｓｐｏｔｗａｓｌｅｓｓｔｈａｎ１１ｕｍａｎｄＭＴＦａｐｐｒｏａｃｈｅｄｔｏｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｌｉａ— ｒｉｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｒｅａｃｈｅｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
三视场红外搜索光学系统的设计
胡博，杨子建，韩昆烨，高婧，王凌，张宣智
（西安应用光学研究所，陕西西安７１００６５）
摘要：设计一款实际工程应用的红外三视场光学系统，其中大中视场利用透镜组切换变倍，小视场和大视场利用反射镜切换变倍。设计中采用二次成像的方式，３个视场共用二次成像透镜组，保证１００冷屏效率，减小第１片透镜的过口径。同时，采用非球面技术校正系统的球差和彗差，通过光学设计软件ＣＯＤＥＶ仿真，得出最大的点列斑为１１ｔｚｍ左右，并且ＭＴＦ接近衍射

分孔径三视场中波红外光学系统

分孔径三视场中波红外光学系统何红星【摘要】为了克服单一光学通道长焦距与大视场之间的矛盾,设计了一款分孔径大变倍比三视场中波红外光学系统.该光学系统采用分孔径技术,包括小视场光学通道和中视场/大视场光学通道,两个通道之间的转换通过切出切入45°放置的反射镜完成,小视场光学通道采用二次成像,仅采用6片透镜,透过率高;中视场/大视场光学通道采用三次成像;小视场光学通道与中视场/大视场光学通道共用一片反射镜和中继组,实现了共出瞳分入瞳——分孔径;小视场长焦距为1 120mm,大视场短焦距为22.58 mm,变倍比达到53×;对小视场光学通道进行了三次立体折叠,对中/大视场光学通道进行了一次折叠,有效地对横向和纵向尺寸进行了控制,外形包络在270 mm×217mm×258mm范围内,系统紧凑,实现了兼具长焦距和大视场的三视场中波红外光学系统.设计及实验结果表明该光学系统像质良好,满足热像仪使用要求.%A MWIR optical system with three fields of view as well as dual-optical aperture and large zoom ratio was designed in order to overcome the conflict between long focal length and large field of view of single optical channel.The system was equipped with dual-optical aperture,which was composed of optical channels with a narrow field of view and a middle-wide field of view.The switch of the two channels was realized by cutting in and out a reflector inclined at 45° ing six lenses,the narrow field of view optical system was a re-imaging optical system with high transmission.The middle-wide field of view optical system was a thrice imaging optical system.The two channels share one mirror and a relay group,thus realizing common exit pupil and dual entrance pupils——dual-optical aperture.The long focal length of the narrow field of view is 1 120 mm,the short focal length of the wide field of view is 22.58 mm,and the zoom ratio reaches 53×.The threedimensional dimensions of the optical system is effectively controlled within 270 mm × 217 mm × 258mm by thrice folding the narrow field of view optical system and once folding the middle-wide field of view optical system.The system is compact and realizes MWIR optical system with three fields of view as well as long focal length and large field of view.The design and experiment results indicate that image quality of the optical system is perfect,which meets the requirements of thermal infrared imagers.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2017(025)007【总页数】7页(P1757-1763)【关键词】中波红外光学系统;分孔径;共出瞳分入瞳;长焦距;立体折叠;三视场【作者】何红星【作者单位】昆明物理研究所,昆明650223【正文语种】中文【中图分类】TN216随着红外成像技术的发展及其应用范围的拓展，多视场和连续变焦红外系统正广泛应用于侦查、前视红外及目标探测和跟踪等领域，虽然连续变焦红外系统能实现对目标的连续观察，但其光轴一致性、成像质量及视场切换的便捷性不及多视场红外系统，因此机载观瞄光电设备主要采用多视场红外系统。

小视场红外探头光学系统理论分析与设计

ｌｗｅｓｌｆｅｄＡｎｈｏｅｍｅｓｒｎｃｕａｙｄｃｅｓｓｅａｓｆｔｉｒｖｄｔｅａｃｒｃｎｌａｉｒｔｇｏｉｔｍａｌｌ．ｄｔｅｎｈｉｗｈｌａｕｉｇａｃｒｃｅｒａｅｃｕｅｏ，ｍｐｏｅｃｕａｙｉａｇｅｃｌａｉ．ｂｉｈｎｂｎ
中图分类号：Ｔ１Ｎ２４
文献标识码：Ａ
文章编号：１７６２—９７２１８０（００）０－０１－０１０１３
ＡｎａｙｉｎｄＤｅｉｎｏｌｓｓａｓｇｆＯｐｔｃｌＳｔｍｏｉａｙｓｅｆｒＳｍａｌＦｉｌＩｆａｅｔｃｏｌｅｄｎｒｒｄＤｅｅｔｒ
ＺＨＡＮＧａｐｅＺＨＡＮＧｏ，Ｘｉｏｎｇ，ＧｕｙｕＣＨＥＮＺｈａａｇ，０ＮＧｐｉＺＨＡＮＧｎｆｎＳＫｅｎｇ，Ｙｕ
（．ａｇｈｎＵｎｖｒｉｆｃｅｃｎｅｈｏｏｙＣａｇｈｎｌ０２２Ｋｅｂｒｔｒｆｔｅｅｔｎｃ１ＣｈｎｃｕｉｅｓｔｏｉｎｅａｄＴｃｎｌｇ，ｈｎｃｕ３０２；．ｙＬａｏａｏｙｏｏｌｃｒｉｙＳＯｐｏ
摘
１０２；３０２
精密仪器与机械学系，北京１０８００４）
要：为了提高地球模拟器张角标定中整体测试精度，本文从红外探头设计要求、红外光学系统光学设计等方面
对地球模拟器张角标定的关键部件～小视场红外探头进行了深入分析，并设计出一种小视场红外探头用红外光学系统，有效解决了因视场太小造成的信噪比过低，而引起整体测试精度降低的难题，提高了张角标定的精度。关键词：小视场；红外探头；地球模拟器；张角标定

红外成像系统中的透镜设计与Zemax模拟方法的应用

红外成像系统中的透镜设计与Zemax模拟方法的应用简介红外成像系统在许多领域中都有广泛的应用，如安防监控、无人机导航和医学诊断等。

在红外成像系统中，透镜是其中关键的组成部分之一。

透镜的设计和模拟是确保系统性能优化的重要步骤。

本文将探讨红外成像系统中透镜的设计原理以及使用Zemax软件进行模拟的方法。

红外透镜的设计原理红外透镜的设计与可见光透镜类似，但受到其工作波长范围和材料特性的限制。

在设计过程中，需要考虑以下因素：1. 波长范围：红外透镜通常需要在波长范围内具有良好的透过率和成像能力。

不同的应用领域可能有不同的波长要求。

2. 焦距和视场角：透镜的焦距和视场角直接影响成像系统的成像质量和视野范围。

设计师需要根据具体应用的需求进行权衡和优化。

3. 材料选择：红外透镜通常采用透明度较高的特殊材料，如硒化锌、镉镓砷等。

材料的选择需考虑其在红外波段的透过率和成本等因素。

4. 光学畸变：透镜的设计还要考虑到光学畸变的修正，以保证成像系统的精度。

Zemax软件的应用Zemax是一种常用的光学设计和仿真软件，被广泛应用于透镜设计和成像系统模拟。

通过Zemax软件，可以进行以下模拟和分析：1. 光学系统布局：通过Zemax的图形界面，可以方便地创建和调整光学系统的布局，包括透镜的位置、距离和角度等参数。

2. 透镜表面设计：Zemax提供了丰富的透镜表面设计功能，如球面、非球面和自由曲面等。

可以根据设计要求，进行透镜表面的优化和调整。

3. 成像仿真：通过设置合适的光源和探测器，可以在Zemax中进行红外成像系统的仿真。

可以评估成像质量，比如分辨力、畸变和成像亮度等参数。

4. 光学系统分析：Zemax还提供了对光学系统进行优化和分析的功能。

通过调整透镜参数，可以优化成像系统的性能并满足设计要求。

结论红外成像系统中透镜的设计和模拟是确保系统性能优化的关键步骤。

透过Zemax软件的应用，设计师可以方便地进行透镜设计、光学系统布局和成像仿真等工作。

微型近红外光谱仪系统的设计剖析

微型近红外光谱仪系统的设计1微型近红外光谱仪系统相关理论1.1近红外光谱仪系统的工作原理近红外光谱是由于分子振动能级的跃迁（同时伴随转动能级跃迁）而产生的。

近红外分析技术是依据被检测样品中某一化学成分对近红外光谱区的吸收特性而进行定量检测的一种方法，它记录的是分子中单个化学键基频振动的倍频和合频信息，它的光谱是在700--2500 nm范围内分子的吸收辐射。

这与常规的中红外光谱定义一样，吸收辐射导致原子之间的共价键发生膨胀、伸展和振动，中红外吸收光谱中包括有C-H键、C-C键以及分子官能团的吸收带。

然而在NIR 测量中显示的是综合波带与谐波带，它是R-H分子团（R是O、C、N和S）产生的吸收频率谐波，并常常受含氢基团X-H（C-H、N-H、O-H）的倍频和合频的重叠主导，所以在近红外光谱范围内，测量的主要是含氢基团X-H振动的倍频和合频吸收。

图1.1是近红外技术的分析过程图，左侧箭头是建模过程，右侧箭头是检测过程。

1.2近红外光谱仪光学系统基本理论在近红外光谱分析系统中，用于测量近红外光谱的近红外光谱仪是系统的基础，而分光光学系统是光谱仪的核心。

1.2.1色散原理色散系统是光谱分析仪器中的重要组成部分，色散系统的选择与设计直接关系到光谱仪器的性能。

按其工作原理可分为空间色散型和干涉调制型。

空间色散型包括物质色散、多缝衍射和多光束干涉；而调制型主要为傅里叶变换分光、哈达玛变换分光和光栅调制分光等，这里主要介绍衍射色散分光。

在物理光学中，可以把光波看成在空间分布的标量电磁场，由于光波的波动性质，当光波通过具有一定宽度狭缝时，会发生衍射现象。

如果光波同时通过两个相邻的狭缝时，由两狭缝发出的光波将在产生干涉的同时还会受到单缝衍射的调制。

由此类推，对于多缝衍射，可以认为多缝衍射光强是多光束干涉光强被单缝衍射光强调制的结果，这就是衍射光栅的工作原理。

衍射光栅就是利用多缝的干涉衍射效应，对于任何装置，只要它能起到等间隔地分割波阵面的作用，都可以称为衍射光栅。

大视场小型无热化长波红外镜组设计

大视场小型无热化长波红外镜组设计
肖纳川;孙拓;胡力允;赵永权;王双保;徐智谋;张学明
【期刊名称】《红外技术》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】跟随红外镜头小型化、大视场化的趋势,利用ZEMAX设计了一款大视场无热化小型长波红外镜组。

系统匹配384×288@17μm的非制冷型长波红外探测器,工作波段为8~12mm。

系统F数为1.6,相比于传统红外镜头,视场角更大,全视场达72°,尺寸更小,总长仅为6.96mm。

主镜头仅用3片镜片,通过两种红外光学材料的搭配以及6面非球面实现像差的校正和光学系统的无热化,工作温度范围覆盖-40~60℃。

仿真结果表明,在空间频率15lp/mm处,全视场的调制传递函数大于0.5,空间频率30lp/mm处,全视场调制传递函数大于0.15。

同时为了增大红外探测器的填充因子,提高能量利用率,在系统中搭配设计了放置于红外传感器前的微透镜阵列。

实现了红外光学系统的小型化,为红外热像仪在智能手机上的应用提供了解决方案。

【总页数】7页(P20-26)
【作者】肖纳川;孙拓;胡力允;赵永权;王双保;徐智谋;张学明
【作者单位】华中科技大学光学与电子信息学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN216
【相关文献】
1.大视场、大相对孔径长波红外机械无热化光学系统设计
2.大孔径、大视场辅助驾驶仪红外镜头无热化设计
3.长波红外大视场大相对孔径光学系统设计
4.被动无热化切换式长波红外双视场望远镜
5.大视场大靶面长波无热化光学系统设计
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一种改进型的红外卡塞格林光学系统设计

引言
卡塞格林光学系统因为具有无色差、无热化、结
１对卡塞格林光学系统进行改进的必要性
１１问题的提出．
构长度短、特别适于多光谱等特点，有很重要的实用价值，广泛应用在大型天文望远镜系统，外或红外被紫
的光学系统中ｌ。但卡塞格林光学系统自身存在一些ｌ】固有的缺陷：系统中的次反射镜将视场中心优质的成
ＭｉｒｒａｅａｅｓａｅｉｔｏｄｃｄｉｔｅｄｓｇｆＣａｓｇａｎＯｐｉａｙｔｍ．ＴｈｅｉｎｅａｌｒｏｎｄｒｌｙｌｎｒｎｒｕｅｎｏｔｅｉｎｏｓｅｒｉｔｃｌＳｓｅｈｅｄｓｇｘｍｐｅｓｏｂｉｔｅｆｔｍｅｉａｅｓｅｒｉｈｗｓａｌｉｓｏａｌｏｒｔｄＣａｓｇａｎＯｐｔａｙｓｅｂａｉｇｆｅｄｏｆｖｅａｄｒｌｔｖｐ￣ｕｅａｅｉｈｅｉｌＳｔｍｅｒｎｌｉｗｎｅａｉｅａｅｒｃｉｒｉｒｅｒａｌ．ｎｌｍａｅｑｕｌｔｎｔｕｔｒｃｏｄｗｉｈｓｇｅｕｉｅｎｓｍｐｏｖｄｇｅｔｙＦｉａｉｇａｉｙａｄｓｒｃｕｅａｃｒｔｔｅｄｅｉｎｒｑｒｍｅｔ．ｈＫｅｒｙｗｏｄｓ．ＣａｓｇａｎＯｐｉａｓｅ，ＭａｉｉｒｒｏｐｉａｅｉｎｓｅｒｉｔｃｌＳｙｔｍｎｇｎＭｒｏ，ｔｌｓｇｃｄ
７６
第３卷第２２期２１００年２月

试论红外偏振成像系统光学设计

试论红外偏振成像系统光学设计【摘要】红外偏振成像系统是一种应用于红外成像领域的先进技术。

本文围绕红外偏振成像系统的光学设计展开讨论，从光学系统设计原理、成像系统组成、红外偏振技术、光学设计流程以及仿真与优化等方面进行深入研究。

通过对这些内容的探讨，可以更好地了解红外偏振成像系统的工作原理和优势。

文章从总结当前研究现状和展望未来发展方向两个方面对红外偏振成像系统进行了评析，指出了该技术在红外成像领域中的重要性和应用前景。

通过本文的研究，有助于促进红外偏振成像技术在军事、安防、医疗等领域的应用和推广，推动该领域的发展和进步。

【关键词】红外偏振成像系统、光学设计、光学系统设计原理、成像系统组成、红外偏振技术、光学设计流程、仿真与优化、总结、展望、研究背景、研究意义。

1. 引言1.1 研究背景红外偏振成像技术是一种结合红外成像和偏振技术的高级成像技术，其应用领域涵盖了军事、安防、矿产勘探、医学影像等多个领域。

随着红外偏振成像技术的不断发展和应用需求的增加，对其光学设计的要求也越来越高。

过去的红外成像系统主要是基于传统的热红外成像技术，其分辨率和成像质量受到一定的限制。

而红外偏振成像技术则可以通过利用红外辐射的偏振特性来增强成像的对比度和分辨率，从而实现更加清晰和细节化的红外成像。

在实际应用中，红外偏振成像系统的光学设计是其关键环节之一，直接影响到系统的成像质量和性能。

对红外偏振成像系统光学设计原理和优化方法进行深入研究，对于提高系统的成像效果和应用性能具有重要意义。

中的内容到这里结束。

1.2 研究意义红外偏振成像技术是一种新兴的热点领域，在军事、安防、医疗等领域都有着广泛的应用前景。

通过红外偏振成像系统，可以实现对目标的高分辨率、高灵敏度的成像，进而实现对目标的识别、检测和监控，具有较高的实用价值和应用前景。

研究红外偏振成像系统的光学设计，不仅可以提高系统的成像质量和效率，还可以拓展红外偏振成像技术的应用范围，推动其在各个领域的广泛应用。

红外导引头光学系统设计

图２有效通光面积
Fig. 2 Effective clear area
从表 1 可见，为了达到给定的作用距离，光学系统有效口径至少要 35.7mm。由于中心光束被次反射镜遮挡，如图 2 所示，而遮挡程度用遮挡系数
其中 D1、D2 分别为主反射镜和次反射镜的直径。设遮挡系数为 0.5，则口径为
结束语本文提出的基于两点线性预测器和塔型数据结构的相关跟踪算法以当前帧图像运动目标的瞬时运动速度所预测的下一帧图像中运动目标的粗略位置作为低分辨力图像中匹配搜索的中心位置结合在低分辨力图像中得到的相对参考点的位置信息自适应地确定出在原图像中精匹配的搜索范围有效地避免了相关运算在远离真实位置的点上的无效计算提高了跟踪速度
第３０卷第６期光电工程２００３年１２月 Opto-Electronic Engineering 文章编号：1003-501X（2003）06-0008-03
Vol.30,No.6 Dec,2003
红外导引头光学系统设计
方斌
引言
双色红外导引头综合利用目标中波(3－5µｍ)和长波(8－12µｍ)红外辐射特性，使导引头在红外辐射大气窗口中的中波和长波均可工作，具有良好的抗干扰能力[1-2]。导引头采用中波和长波红外多元探测器，利用像点扫描探测目标。导引头的信号处理与目标识别采用数字式实时处理系统，利用目标、干扰弹和背景之间的光谱辐射特性的差异来进行识别和处理。相对于采用调制盘加单元红外探测器的导引头具有较大的探测距离和较强抗干扰能力；与红外成像导引头相比，其成本极低廉，尺寸小，重量轻，对火控系统要求低，技术相对成熟；相对雷达导引头而言，在满足全向攻击要求的同时，可降低成本。因此，双色红外导引头仍然具有较高的研究和军事应用价值。双色光学系统的设计是双色导引头实现的一项关键技术，根据导引头总体设计要求和所选用的探测器，双色光学系统要满足如下技术指标[2]，分别为：1) 波段：中波、长波； 2) 动态视场角：±20°；3) 光学系统像差：弥散斑直径小于 0.1mm(动态视场角为 0°)。另外，光学系统的设计需要使光学系统的透过率和通光面积较大，以保证导引头作用距离 30km 左右，光学系统外形尺寸符合总体要求。下面将对光学系统设计思路、设计算法、设计结果进行说明。

红外激光双模导引头光学系统设计研究

红外激光双模导引头光学系统设计研究一、本文概述随着现代科技的不断进步，红外激光双模导引头在军事、航空航天、精密制造等领域的应用日益广泛。

作为一种先进的制导技术，红外激光双模导引头通过集成红外和激光两种制导模式，有效提高了制导精度和抗干扰能力。

因此，对红外激光双模导引头光学系统的设计研究具有非常重要的理论意义和实际应用价值。

本文旨在深入研究红外激光双模导引头光学系统的设计方法，探讨其关键技术和实现途径。

我们将对红外激光双模导引头的基本原理和组成进行介绍，明确其工作原理和性能要求。

然后，我们将重点分析光学系统的设计要素，包括光学元件的选择、光路设计、像质优化等方面。

在此基础上，我们将探讨红外激光双模导引头光学系统的关键技术，如光学元件的精密加工、光学系统的热设计和环境适应性等。

我们将结合实例，对红外激光双模导引头光学系统的设计进行具体分析和优化，为其在实际应用中的性能提升提供理论支持和实践指导。

通过本文的研究，我们期望能够为红外激光双模导引头光学系统的设计提供一套完整、系统的理论框架和技术支持，推动该领域的技术进步和应用发展。

我们也希望能够为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示，共同推动红外激光双模导引头技术的不断创新和发展。

二、红外激光双模导引头光学系统基本原理红外激光双模导引头光学系统是一种先进的制导技术，结合了红外和激光两种制导模式的优点，从而提高了制导精度和抗干扰能力。

其基本原理主要基于红外成像和激光测距技术。

红外成像技术利用物体发射或反射的红外辐射来形成图像。

在红外导引头中，红外探测器接收目标物体发出的红外辐射，通过信号处理将辐射转换为电信号，进而生成目标的红外图像。

这种图像不仅能在可见光受限的环境下（如夜间或雾霾天气）提供目标的可见性，还能通过不同物体的红外辐射特性来区分目标和背景。

激光测距技术则通过测量激光脉冲从导引头发射到目标并返回的时间来计算目标与导引头之间的距离。

激光测距具有高精度和高速度的特点，能够实时提供目标的距离信息。

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光能。
411 月镜的设计
弯月镜是主光学系统 ,它对性能和结构起主要
作用 , 所以在设计中从视场角出发 , 以焦距 f′<
240mm 为原则来考虑最小球差 ,通过光路计算调整
参数 ,得到最佳方案。
从图 2 的红外光学系统光路图可知 ,B 是通光
孔径为 D = 24mm、焦距为 f′的弯月镜 ; a1 为无穷远目标在视场角 2ω 的弯月镜焦平面上所成像的半
高 , a 为 a1 经浸没透镜被缩小后的半高。由像高与视场角的关系式可知 a1 = f′·tgω
由此可得 ,浸没增益
G=
a1 a
=
1 a
f′·tgω
=
D a
·F·
tgω ,式中
:
F
=
f′。
D
图 2 红外光学系统光路图
在设计中 ,选定弯月镜的焦距 f′,就可算出光学系统的浸没增益 G 和 F 数。若考虑焦距取 f′= 200mm ,视场角将大于 0115°,不能满足技术要求 ,所以选择焦距 f′= 220mm～240mm 来设计小视场红外光学系统 ,以满足视场角 2ω= 011°～0114°的要求。
由于总体对结构的限制 ,红外探头的镜筒长度应 < 270mm ,也因热敏电阻红外探测器研制工艺的限制 ,热敏电阻敏感面面积不可能太小 ,在设计中优先考虑采用 0113mm ×0113mm 的方案 ,所以在光学系统的设计中没有选择余地 ,只能在这些限制条件下合理考虑视场、像差及弥散斑大小 ,力争设计出比较理想的小视场红外光学系统。
4 小视场红外光学系统的设计
由于小视场红外光学系统是用于对地球模拟器进行性能标定 ,视场角的大小必将影响标定精度 ,所以在设计中必须重点考虑。
对红外光学系统来说 ,热敏电阻是个能量转换器件 ,从这一点考虑 ,必须把热敏电阻设计在弥散斑
最小的位置上 ,使视场内光线 100 %到达热敏电阻
探测器的敏感面上 ,以接收目标发出的尽可能多的
在通光孔径和结构大小的限制下 , 视场只有 011°～0114°的小视场红外光学系统与视场为 015°的一般红外光学系统相比 ,视场角减少 4 倍左右 ,使系统接收的红外辐射能量较小 ,信噪比降低 ,不利于准确标定“准直式地球模拟器”的地球张角。为了提高小视场红外光学系统的信噪比 ,用 015°视场的红外光学系统对“准直式地球模拟器”进行标定试验 ,试验表明 : 在红外光学系统中采用与不采用 14 ～ 16125μm 的红外带通滤光片对视场的测试结果没有任何影响 ,所以在小视场红外光学系统的设计中决定不采用滤光片的方案 ,以提高小视场红外光学系统的光学效率 ,达到提高信噪比和提高标定精度的目的。
图 1 小视场红外光学系统
在航天技术中红外探测的背景信号很小 ,为减少能量损失 ,提高光学系统的性能 ,光学系统的物镜应选择单透镜结构 ,在设计中按最小球差原则来设计 ;浸没透镜采用超半球结构 ,利用它产生的恒负球差来抵消物镜所产生的正球差。由于小视场红外光学系统的工作波段为 14～16125μm ,所以红外光学系统选择在这个波段折射率较高且透过性能良好的高纯锗单晶材料 ,以满足使用小型热敏电阻红外探测器的要求。
are researched based on the field design of inf rared optical system . Then the design procedures of inf rared optical system for small field is described . Finally the result of the meniscus and immersion lens design is given. The experiment results show that the design of inf rared optical system for small field is successf ul .
3 基金项目高新工程项目之一收稿日期 2004 年 2 月 1 日作者简介黄心耕 (1942～) ,男 ,高级工程师 ,主要研究方向为空间与红外光学系统。
·86 ·
航天控制
2004 年
3 方案分析
小视场红外光学系统由物镜 (弯月镜) 、浸没透镜和热敏电阻红外探测器、镜筒和光阑等组成 (见图 1) 。
Design of Infrared Optical System for Small Field
Huang Xingeng Beijing Institute of Control Engineering , Beijing 100080
Abstract In this paper , the effect of immersion lens thickness and radius of curvature on optical characteristics
根据弯月镜和浸没透镜的初始设计参数 ,我们对不同入射角 u 入射到通光孔径为Φ024mm 的弯月镜第一面上的不同入射高度 h 的光线进行光路计算。通过对子午面反复进行光线追迹及参数调整 , 确定浸没透镜的最佳位置为 d2 = 23015mm ,中心厚 d3 = 61707mm , 得到焦距 f′= 23417093mm , 视场角 2ω= 01067°×2 = 01134°光学系统的光线追迹结果见表 1 ,其全视场空间光线点列图见图 3 。从光路计
·87 ·
G = 412585 。 4. 2 浸没透镜设计
浸没透镜用在会聚光路中 ,它相对于弯月镜的位置及浸没透镜曲面半径 r3 对光学系统的像差和结构都有一定的影响。设计浸没透镜时应使出射角
u′达到最大 ,使探测器敏感面获得最大的均匀辐照度 ,这样使用超半球浸没透镜可以显著缩小探测器敏感面的面积 ,提高探测器的信噪比和浸没增益 ,这对设计小视场红外光学系统尤其重要。从结构及锗材料的吸收考虑 ,为减少吸收 ,根据锗的吸收率公式 ,选取浸没透镜半径 r3 = 515mm 比较合适。根据图 2 和超半球浸没透镜的物象共轭关系 ,以视场角为出发点进行光线追迹 ,调整参数 ,确定最佳位置。 4. 3 光路计算与点列图
- 0. 080563569
0
- 0. 045764288
0. 067
- 0. 071171335
0
- 0. 032308539
0. 067 0
- 0. 057638185 - 0. 01936338
0. 067
- 0. 044612916
0. 067 0
- 0. 025121738 0. 01936338
第220204卷年 1第0 月5 期
文章编号 :100623242 (2004) 0520085203
航天控制 Aerospace Control
小视场红外光学系统设计 3
Oct12004 Vol122 ,No. 5
黄心耕
北京控制工程研究所 , 北京 100080
摘要从红外光学系统的视场设计出发 ,分析了浸没透镜的厚度和曲率半径对光学特性的影响 ,介绍了小视场红外光学系统的设计方法 ,给出了弯月镜和浸没透镜的设计结果 ,试验表明小视场红外光学系统的设计是成功的。主题词红外光学系统视场弯月镜浸没透镜中图分类号 : V44 文献标识码 : A
入瞳高 h (mm) 12 10. 2
8. 484 6 3. 6 0
- 3. 6 -6 - 8. 484 - 10. 2 - 12
表 1 光线追迹结果
入射角 u (度)
像高 h′(mm)
0
- 0. 06495679510644
0. 067
0. 067 0
- 0. 005615472 0. 032308539
0. 067 0
- 0. 007429982 0. 045764288
0. 067 0
- 0. 020994972 0. 05510644
0. 067 0
0. 030415892 0. 064956797
0. 067
0. 040351871
由于焦距是由弯月镜的半径 r1 和 r2 决定的 , 按最小球差公式得到 :
r1 r2
=-
4 + n - 2 n2 ≈ n (1 + 2 n)
2 3
,
式中 : 折射率
n≈
4100137 。
根据实际要求 , 经光路计算 , 最后选定 r1 =
240mm , r2 = 360mm , d1 = 2115mm。
本研究工作目前已经取得较为理想的结果 ,一些重要的实验结果表明设计方案和硬件选择都是正确的。由于时间关系 ,还有一些实验 ,包括单轴气浮台验证转速过零特性和速度、力矩控制精度等 ,还没有完成 ,这些将是我们在下阶段的重要任务。
算结果和点列图可知 ,该设计弥散斑较小 ,光能分布均匀 ,若偏离最佳焦平面 ±011mm 或 ±012mm 时 ,弥散斑将迅速增大 ,则充分说明该小视场红外光学系统像差小、像质好 ,设计指标达到要求。
图 3 空间光线点列图
4. 4 结构设计光学系统的结构设计是保证光学设计的主要技
术指标达到设计要求的有效手段。为提高结构的设计精度 ,在设计中首先考虑弯月镜和红外探测器在镜筒中的定位面和基准面的垂直度和同轴度 ,选择合理的公差配合 ,如弯月镜与镜筒采用Φ26 ( H8/ g7) 常用配合 ,红外探测器与镜筒采用Φ17 ( H7/ f7) 优先配合 ,保证了光轴和机械轴的一致 ;第二 ,设计了消杂散光光阑 ,有效防止视场以外的无效光线和光学系统 ———镜筒内壁的反射光线进入热敏电阻红外探测器 ;第三 ,设计了调焦垫圈 ,使热敏电阻红外探测器安装在弯月镜的焦平面上 ,提高安装精度。该小视场红外光学系统的结构如图 4 所示 ,它设计合理 , 结构简单 ,安装方便 ,完全满足光学设计要求。