用于校正大视场共轴光学系统畸变的自由曲面设计方法

大视场光学系统的畸变往往较为严重,畸变会导致图像的扭曲和变形,为了解决这个问题,提出了一种利用自由曲面校正大视场共轴光学系统畸变的设计方法,应用该方法可以在优化后期提升光学系统的指标。基于逐点法、矢量折射定律通过光线追迹的方式,根据原有光学系统的出瞳位置和畸变情况,利用自由曲面对各视场主光线进行偏折,进而对畸变进行校正。给出了设计实例,分别拟合出了自由曲面和非球面。对比结果显示,相比于原系统,自由曲面的加入导致TV畸变从–6.3355%下降到0.0002%,相对照度从65.5%下降为50%,调制传递函数从0.54提高到0.64,蒙特卡洛分析90%概率调制传递函数从0.574提高到0.589。相比于相同位置的非球面,自由曲面对系统的畸变校正能力更强,降低了0.2109%,调制传递函数提升了0.06,并且更具有减小系统切向和矢向之间发散的优势,相对照度降低了0.2%,蒙特卡洛分析结果提升了0.002。证明了自由曲面设计方法对大视场共轴光学系统的畸变有着明显的校正作用,体现了自由曲面在大视场共轴光学系统中有着潜在的重要研究和应用价值。

高分辨率空间相机共轴三反光学系统实现形式研究

为了设计出高分辨率空间相机的光学系统,研究了反射式光学系统中存在次镜对主镜的中心遮拦等问题。通过对共轴三反射光学系统结构参数和最终视场在像面上的分布情况的分析,提出了半视场、全视场和环形视场3种光学形式,设计了焦距为3 000 mm、F数为10的3种形式的共轴三反光学系统。设计结果表明:3种共轴三反光学系统在有效视场角内成像质量均接近衍射极限,可以满足高分辨率空间相机不同的使用要求,指出半视场共轴三反光学系统适合于线阵CCD推扫成像,全视场共轴三反光学系统可用于面阵CCD凝视成像,环形视场共轴三反光学系统可实现一台相机上全色和多光谱成像的要求。

共轴三反光学系统卧式装调技术

共轴三反光学系统是空间光学遥感器常用的设计形式,以"高分一号"遥感卫星高分辨率相机装调为例,对共轴三反系统计算机辅助装调技术进行了研究。提出以主镜光轴为装调基准,通过调整三镜控制系统视场和调整次镜控制系统像差的装调方法,分析了次镜和三镜的失调量与Zernike系数变化关系,由光学设计软件求得系统灵敏度矩阵,用于指导系统装调工作,提高了装调精度,缩短了装调周期。测试结果表明:光学系统各视场Zernike系数优于0.05λ,系统波相差RMS值优于0.06λ,系统通过在轨成像测试,图像清晰,层次丰富。

非共轴光学系统的光路计算与象质评价

针对非共轴光学系统提出新式光线抽样;运用切比雪夫数值积分建立崭新的质量函数;以最小二乘法和0.618法实现最佳象面快速自动优选;简化了坐标变换和数据输入。

三光路共轴望远系统的研制

在基本的开普勒望远系统光路中,放置了两块与光轴成45°角的镀膜平板玻璃,一块能反射中心波长1 550 nm的红外光,同时透射可见区和中心波长1 310 nm的近红外区;另一块能反射中心波长1 310 nm的红外光,透射可见区。增加了控制光光路和信号光光路,节省了光路元件。分析了平板玻璃对可见光路的影响,通过改变平板玻璃的厚度,使得轴上偏差在允许的范围内。测定了信号光通过望远镜筒和镀膜反射镜片的功率损耗,分别得到了1.31%和2.90%的损耗比。测量了信号光的透射率随角度的变化关系。经过多次试验,三光路共轴望远系统已成功用于远距离红外光控音频监测。

基于全局优装法的共轴光学系统装调研究

以共轴光学系统中圆柱形零件圆环形装配平面为研究对象,研究了装调中多零件对接时基准轴的角偏误差传递与补偿原理.首先分析了共轴光学系统的实际装调方法和典型定中心基准轴传递路径.然后基于误差测量和最小二乘法,确定拟合圆环形装配平面方程.运用几何变换理论得到精确描述单个零件底面和顶面的角偏误差的变换矩阵,以及两零件装配时结合面上两坐标系间的变换矩阵,建立了多零件装配时始末法线角偏误差与相对装入角度的显式函数关系.针对不同类型的定中心基准轴传递路径,采用不同的遗传算法方案实现了对始末法线角的优化,提出了求解相对装入角度允许误差的方法.最后提出了一种基于全局优装法的共轴光学系统装调方法,并以某共轴光学系统为例,验证了本文方法的可行性与实用性.

基于基点基面共轴理想系统图解法讨论

由于目前光学教材中对于基点基面共轴理想系统图解法举例太少,使得很多学生对基点基面的性质理解不透彻.本文选取两道典型习题对基点基面共轴理想系统图解法进行详细的讨论,同时还提供了部分图解法练习题以便更好的理解基点基面的性质,为共轴理想系统图解法提供了有力的实证.

非共轴非球面光学系统计算软件设计

本文描述了一个非常规光学系统计算软件。光学系统可包括倾斜、偏心的球面和非球面。本文解决了一般非共轴光学系统初始数据建立问题,提供了光学系统图形显示,并对光线光路追迹结果进行了一些处理和讨论。

球面棱镜和非共轴光学系统

合理使用球面棱镜及其组合可以使光电仪器尺寸小、重量轻、元件少、结构紧凑、成像质量好。介绍了能使光学系统简化的球面棱镜的特点,以及几种由球面棱镜组成的非共轴光学系统。

基于矩阵方法的共轴球面系统屈光特性研究

基于眼科屈光学理论，运用矩阵方法建立了单个球镜片及多个球镜片组合的复杂共轴球面系统的精确屈光特性模型，并与简化模型进行比较，分析镜片间距及放置顺序对组合后屈光特性的影响。基于该精确屈光特性模型，对影响球镜度的各项不确定度分量进行分析。组成镜片的前、后表面曲率半径是影响屈光特性的主要不确定度分量，其次是镜片材料折射率和镜片间距引入的不确定度分量，中心厚度引入的不确定度分量最小。

关于共轴球面系统的定义

在所能查到的自 5 0年代以来的大量书籍中 ,对光学共轴球面系统的定义如出一辙 ,看来能均是错误的。本文分析了错误的原因并提出了正确的定义。

复合优化理论在不共轴光学系统CAD中的应用

讨论在不共轴光学系统的计算机辅助设计中如何应用“复合优化”理论，主要是如何模拟评价函数，又怎样进行适应法处理，“复合优化”有何特色，并列举实例说明。

理想共轴球面系统的矩阵表示及作图成象法的基点条件

理想共轴球面系统对光线的作用可用矩阵的乘积表示.由矩阵的元素可以确定光学系统基点的位置.在此基础上,进一步讨论了几何光学中作图成象法的基点条件.

共轴非对称球面光学系统仿真模型设计

为了优化共轴非对称球面光学系统的设计,对共轴非对称球面光学系统进行了数字化模型的开发,设计了基于计算机仿真的数学模型。在此基础上运用模块化程序设计思想,设计了仿真模型的模块化结构,利用交互技术解决了实验参数的人机交互,并开发了仿真模型核心模块的程序代码,建立了完整的基于计算机系统的共轴非对称球面光学系统仿真模型。该仿真模型实现了系统参数变化时成像效果的自动跟踪模拟,可以为共轴非对称球面光学系统的优化设计提供效果仿真。

共轴球面系统成象性质的判定

本文以单折射球面成象性质为借鉴 ,对共轴球面系统的成象性质给出了归纳和证明。

共轴球面光学系统光心的简易确定

对《大学物理》中有关光心的求法进行了简化。用平板法确定空气中任意球面厚透镜、薄透镜组的光心；利用成像公式和作图法确定折反系统、厚反射镜的光心。

共轴球面光学系统的节点及其特点

文章采用几何光学系统的物象公式,节点的定义和位置坐标公式,求解出单球面(含折射面和反射面)、双球面、薄透镜和由多个双球面构成的共轴光学系统的节点坐标,然后进一步分析比较各自的几何特点和光学特点,得出了一些很有用的结论。

共轴光学系统镜框结构设计

共轴光学系统中心误差控制的优劣直接影响了光学系统的最终成像质量,合理的镜框结构有助于中心误差的控制。在总结了设计前需进行的准备工作的基础上,根据光学系统定心精度要求、生产批量和制造中定心基准轴的选定,将镜框结构分成三类,着重阐述了它们的结构特点、优缺点和适用范围,为镜框结构设计提供参考。

介绍一组确定共轴系统基点位置的公式及应用

本文给出了高校“光学”教科书没有给出的一组确定共轴系统基点位置的公式及应用,并解决了一些文章争论不休的问题,纠正了一本高校常用的“光学”教科书中的一个错误。

复杂共轴球面系统成象性质的判断

在单球面成象规律的基础上，对复杂共轴球面系统的成象性质进行了研究，得出了简洁明了的判据。