3.7μm～4.8μm波段折/衍混合红外光学系统的无热化设计

研究了混合式红外光学系统的光学无热化设计方法,在设计中引入了热差互补的设计思想,将无热化应满足的设计方程作为CODEⅤ中优化的约束条件,设计出工作于3.7μm^4.8μm波段、F/#为2、视场角为±5°、焦距为70 mm的具有100%冷屏效率的折/衍混合式消热差物镜。该系统在-40℃~60℃温度范围内成像质量接近衍射极限,可供像元大小为15μm的高分辨率致冷型凝视焦平面探测器使用。

折/衍混合式VR显示光学系统设计

VR显示光学系统应在具有较大视场角的同时满足厚度薄和重量轻的特性,从而满足人体佩戴的舒适度需要,为能同时满足VR显示光学系统大视场与体积小、重量轻的设计需求,设计了折/衍混合VR显示光学系统。基于一个传统五片式目镜光学系统,通过引入一个衍射光学面,并用光学塑料APL5514ML、EP7000作为透镜材料,设计了一款改进型的四片式全塑料折/衍混合VR显示光学系统,同时对其进行像质评价及公差分析,并在此基础上对镜筒进行机械设计。设计结果表明:改进系统的视场角为90°,总长缩短至48 mm,透镜质量为42.38 g,装配后系统的总质量为114 g。该四片式光学系统为VR显示光学系统的轻小型大视场设计提供了一种新的途径。

衍射光学元件在红外成像光学系统中的应用

介绍了衍射光学元件的优点,并举例说明衍射光学元件在监控、火控、无人机侦察等红外光学系统中的应用,给出了一个红外光学系统设计实例,在设计中使用了衍射光学元件,以补偿温度变化所产生的影响,通过与没使用衍射光学元件的红外光学系统的成像质量比较,表明使用衍射光学元件可以消除温度的影响,使系统在较大的温度范围内保持比较好的成像质量,可以满足军用光学系统的使用要求。

基于双层衍射元件的红外双波段光学系统设计

利用红外双波段成像能够获得更多的信息,从而提高探测和识别能力。将多层衍射光学元件应用到红外双波段光学系统中,可以校正色差、简化结构。讨论了多层衍射光学元件的成像特性,相比于单层衍射光学元件,多层衍射光学元件可在宽波段范围内获得高衍射效率,给出了多层衍射光学元件设计方法。基于此,设计了一种红外双波段混合成像光学系统。其中,双层衍射光学元件在3.7~4.8μm和7.7~9.5μm工作波段上的衍射效率达98.5%以上。仿真结果表明,系统像质良好,满足要求。

基于折/衍混合原理的长焦深成像物镜消色差方法

为兼顾成像系统消色差及扩展焦深的特性,提出了一种基于折/衍混合原理的长焦深成像物镜在可见光波段内消色差的方法。通过阐述对数光锥位相结构的特征,讨论了长焦深元件的色散特性,并依据折/衍混合消色差原理,确定长焦深成像物镜中折射元件与衍射元件位相函数重新分配的原则;位相重新分配后,衍射元件在承担扩展焦深功能的同时增加了部分消色差光焦度,从而使长焦深元件获得消色差特性。理论和仿真分析表明,位相函数重新分配后得到的长焦深元件在中心波长λd(587 nm)时的轴向光强分布与原长焦深元件一致,而在波长为λF(486 nm)、λc(656 nm)时的轴向光强分布区域重合,即在保留焦深扩展特性的同时,有效地校正了其在可见光波段内的初级色差。

中波红外光学系统无热化设计

分析了光学被动式无热化设计的原理,介绍了衍射元件的温度特性和色散特性,讨论了折射系统和折／衍混合系统的无热化设计的方法,并根据该方法设计了3．7～4．8μm波段的折射系统和折／衍混合系统。设计结果表明,这些系统在—30～70℃温度范围内成像质量接近衍射极限,满足高精度红外系统的技术要求。

衍射光学元件在红外像传感器中的应用研究

针对焦平面红外探测器的结构特点，研究采用微光学阵列的方法，增加其填充因子，缩小探测器受光面积、减小暗电流、改善均匀性，从而提高其探测性能，以达到像传感器性能提高的目的。介绍了采用衍射光学元件优化红外成像系统设计．实现光学系统的消像差和消热差。该系统折／衍混合光学系统结构简单，元件数目少，重量轻，成像质量好。

高清晰低畸变轻小型投影式头盔物镜设计

根据现代化头盔显示系统在像质、畸变和轻小型化方面的高要求,设计了一个视场为62°、出瞳距离为30 mm、出瞳直径为8 mm、采用2.794 cm(1.1")微显示器的折/衍混杂投影式头盔的物镜系统。设计结果表明,系统满足高清晰的XGA的显示模式,其畸变仅为±0.66%。其质量也仅为62 g,是传统头盔光学系统的1/6,实现了轻小型化。结合投影式头盔显示的其他特点,如物体的正确“闭塞”、深度可感知、多用户的互不干扰等,本设计系统在可视化培训、交互环境、掌中电脑、数字化个兵等领域有重要的应用。