应用于数字高速成像的离轴光学系统设计

为提高数字高速多幅相机的像面照度,简化光学系统结构,提出一种离轴光学系统设计方法。该系统使用多组相同物镜,采用圆心一组,圆周均匀分布多组的方式平行阵列排布。分布于圆周上的物镜,其像面接收器相对物镜轴心平移离轴,以获得与圆心物镜相同的物面图像。分析了单物镜像面照度、畸变等与视场有关参数对光学系统各像面匹配的影响。在此基础上给出一个5通道离轴光学系统设计实例,系统空间分辨率优于30lp/mm,畸变小于0.1%,F数2.0。相比目前广泛采用的棱锥、棱镜分幅方式,该离轴光学系统像面照度增加5倍以上,系统结构简易。

激光转镜扫描系统中自由曲面f-θ物镜的设计

为了满足扫描系统高分辨率、大工作面、小型化的需要,设计了一款具有衍射受限聚焦能力的超广角f-θ物镜。在此基础上,针对五面转镜引起f-θ物镜入瞳偏移从而导致系统分辨率降低、线性畸变增大的问题进行了分析,计算得到光瞳偏移量与扫描转角存在非对称分布的非线性关系。采用在系统中引入含有奇次高阶项自由曲面校正光瞳漂移的方法,在ZEMAX软件中利用多重结构对f-θ转镜扫描系统建模优化设计,并给出了设计实例。该物镜采用远摄型结构,有效减小了扫描系统总体长度及透镜尺寸。结果表明,经优化校正后,f-θ物镜性能得到显著改善,在其扫描角度115°范围内,线性畸变小于0.5%,60%以上能量集中在半径30μm圆内。该f-θ扫描系统具有结构紧凑、分辨率高、线性畸变小等优点,有良好的适用性。

基于棱镜的激光周视接收系统的设计

为了实现对目标全向探测和精确定位,采用成像光学与非成像光学相结合的方法,设计了一种可用于周视探测的非对称激光回波接收光学系统。由于子午和弧矢两方向视场差异很大,需加入特殊的非对称结构来平衡两方向的视场差异,该系统采用阶梯棱镜和倒置柱面望远镜对弧矢方向大视场进行角度压缩,后经过对称聚焦子系统将光能量收集到直径为1.5mm的圆形探测器上。系统由1块阶梯棱镜、1片非球面镜、2片柱面镜和2片球面镜组成,其光圈数达到0.56。结果表明,单套接收系统完成±30°视场探测,6套接收系统组合起来可实现360°周视无盲点探测。整体系统体积小、结构简单,有良好的适用性。

一种周视激光回波接收光纤光学系统设计

提出了一种基于光纤束的激光回波接收光学系统，该系统仅需一个直径为3mm的光电探测器即可实现360。周视探测。系统由前置耦合光学系统、光纤传输束、后置聚焦光学系统三部分组成：8套耦合子系统将各子扇区光线耦合进光纤束中；光纤传输束作为集光装置，将8个矩形视场的入射光线转化为1个圆形视场的出射光线，从而解决非对称视场和圆形探测器的匹配问题；后置聚焦光学系统将光纤束的出射光线会聚在圆形探测器上。模拟计算得到各视场能量接收效率均达80％以上，中心和边缘视场差异不超过8％。结果表明：该系统探测距离长，各方向探测距离一致性好，而且仅需一个红外探测器实现无盲点周视探测，便于后续处理。