基于玻罗板的光学系统焦距图像检测方法

系统焦距是光学系统中一项重要的技术指标,通常采用光栅二次调焦或摩尔条纹同向法进行测量,其过程繁琐、周期长。本文提出基于玻罗板图像处理技术的焦距测量方法,CCD获取平行光管的玻罗板的分划线图像,采用放大率法结合分划线亚像素的定位技术检测系统焦距,普通算法的精度只能达到像素级,本文采用投影法和二项式曲线拟合相结合的算法,使定位精度达到了亚像素级。试验结果表明该方法具有标校过程简单、快速,标校精度高等优点,其标定误差小于0.5mm。

光学系统焦距高精度测试方法

有效焦距值是光学遥感器一项重要的光学性能参数,文章提出了一种基于干涉仪的高精度自准直焦距测试方法。该方法采用激光干涉仪定焦,利用双频激光干涉仪和激光跟踪仪分别测量偏转角度和焦点移动量,大大提高了测试精度和测试效率,在不改变光学系统装调干涉测试光路的前提下,将焦距测试精度控制在0.05%以内,可在系统像质调整过程中进行系统焦距的测试;对影响该方法测试精度的因素进行了研究和分析,给出了相应的解决方法和补偿措施;最后,采用此方法对2个光学系统进行了焦距测试,验证了方法的可行性和准确性。

长焦距大变倍比中波红外变焦距系统设计

为实现红外连续变焦距系统变倍比大、焦距长和系统结构简单的需求,在光学系统中引入衍射元件(DOE),设计了一套3.7～4.8μm波段折/衍混合连续变焦光学系统。该系统突破了传统折射式中波红外变焦系统难以同时满足变倍比大、焦距长、系统结构简单等要求的局限,其变倍比为20×,可在35～700mm焦距范围内连续变焦,仅包含6片透镜和2片平面反射镜。在空间频率17lp/mm处,系统在全焦距范围内调制传递函数MTF>0.5;变焦过程中系统弥散斑直径均方根值小于20μm,表明该系统成像质量良好。

变焦距光学系统降低公差灵敏度的方法

针对高分辨力CCD探测器(1 k×1 k,6.3μm×6.3μm),确定了一个可见光波段连续变焦光学系统,传递函数(MTF)接近衍射极限。本文通过公差分析可知前固定组和变倍组的公差灵敏度非常高,对加工和装调提出了苛刻的要求。该方法根据设置前固定组轴向移动补偿和焦面轴向补偿来降低前固定组的公差灵敏度和提高系统成像质量,并分析了前固定组轴向补偿机械结构的可行性。通过分析公差灵敏度产生的原因,提出对敏感表面上的入射角进行合理优化设计以有效降低公差灵敏度。实验结果表明,在不增加成本的前提下降低加工和装调难度,提高系统整体性能。

长焦距光学系统杂光系数测试仪

报告了一种新的长焦距光学系统杂光系数测量装置，该装置除具有避免了制作大直径积分球的优点外，还能精确测量轴外杂光系数，分析各部分杂光源对杂光系数的影响。

四反射镜红外变焦距系统设计

介绍了一种相对简单的、基于赛德尔像差理论的四反射镜机械补偿红外变焦距系统的光学设计方法.该方法的实现包括对单个反射镜成像规律的研究、变焦系统机械补偿的概念以及反射变焦系统赛德尔像差系数解析表达式的推导.该方法的优点在于,通过求解赛德尔像差方程组可以得到系统的初始结构参数,如各个镜子的曲率半径和间隔等.两个设计实例的结果表明,这种设计方法在设计大变倍比红外反射变焦系统时是可行的.

靶场光学测量中的变焦距光学系统

变焦距光学系统通过调整光学系统参数,改变光学系统的焦距来保证光学系统动态成像的需求。本文从变焦距光学系统的基本原理出发,简单描述了光学补偿与机械补偿变焦光学系统的设计,阐述了常见变焦距光学系统的类型与结构。指出了传统变焦距光学系统存在的问题,结合DSP和步进电机在变焦距光学系统中的最新应用,概述了靶场光测设备的变焦距光学系统的最新动态,分析了电机直传技术在靶场光测设备应用的可行性,意在为新一代数字变焦光学系统提供理论参考。

中波红外变焦距系统的光学设计

由于红外探测系统具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强，能在一定程度上识别伪装目标，且设备体积小、重量轻、功耗低等特点，在军事上被广泛应用于红外导航、红外侦察和红外制导等方面。近年来，随着红外光学技术的长足发展及其实际应用范围的不断扩展，对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。本文介绍了一种采用凝视型焦平面阵列探测器的中波红外变焦光学系统的设计，该系统利用了反射镜的折叠光路，其工作波长范围为3～5μm，变倍比为20：1。最后用CODEV光学设计软件对其像质进行了评价。

长焦距离轴三反光学系统杂散光的抑制

对有中间像的长焦距离轴三反系统的杂散光特性进行了模拟分析,并提出了相应的杂散光抑制方法。通过正追和倒追的分析方式,确定系统杂散光的主要来源,找到系统的重要面;根据分析结果,提出了杂散光抑制措施,用系统重要面的变化定性评价杂散光的抑制效果。分析结果表明,采用抑制措施后很好地抑制了系统的一次散射杂散光。用点源透过率(PST)定量评价光学系统的消杂散光能力,分别计算东西、南北方向离轴角为±40°的PST值,并结合光机系统的应用环境对系统的杂散光抑制能力进行了定量分析。

长焦距大口径连续变焦距光学系统

为了实现对远距离目标的实时跟踪与测量,设计了口径为650 mm,焦距为5 000～2 000 mm的连续变焦距光学系统.提出了牛顿式折反射光学系统与倒置的连续变焦距光学系统组合的设计方法,实现了光瞳的合理匹配与对接.确定了合适的入瞳位置,消除了变焦过程中像面容易产生的鬼像.通过合理匹配主系统和变焦距系统的光焦度,使得二级光谱最小化.运用CODEV软件对各焦距位置的像差进行优化与平衡,使变焦距光学系统在各焦距位置的像差均得到校正与平衡,像面保持严格的一致性,从而各焦距位置成像质量良好.实验显示该系统全视场平均传递函数均在0.524以上（Nyquist频率：35 lp/mm）,满足使用要求.

变焦距系统高斯解优化的研究

本文提出了变焦距系统高斯解优化设计的评价函数,据此在IBM—Pc/XT机上编制了相应的程序并作了实例计算。

红外变焦距光学系统的设计

由于非致冷焦平面阵列红外探测器不需要制冷,可以在常温环境下工作,因此配合这种探测器的光学系统在军事和民用上得到了非常广泛的应用。本文介绍一种用于非致冷焦平面阵列红外探测器的长波红外变焦距系统的设计,系统采用传统的透射光路形式,其工作波段8-12μm,变倍比3.5:1,最后利用CODE V光学设计软件对其像质进行了评价。

变焦距系统设计的快速求解

变焦距光学系统已经在各种光学仪器上获得了广泛的应用 ,一些新的设计思想也层出不穷。本文介绍的变焦距系统设计的快速求解方法可以贯穿到变焦距镜头设计的全过程 ,还可以应用到光学系统的初始求解、设计过程中的抽样计算、设计数据的校对和审核、结构设计中驱动凸轮曲线的求解、外观设计等。本文列举的计算实例说明 ,这种快速求解对完成一项设计具有很多方便。

70mm高速摄影机大视场长焦距光学系统研究

叙述在70mm大画幅同步高速摄影机大视场长焦距光学系统中,首次采用折反式结构的光学系统。成功地解决了由于视场大而引起中心拦光大,使轴外像质MIF下降过快的问题。做到该光学系统总长度∑L<0.6f′,轴外MTF在N=301p/mm时,MTF>0.4,达到了使用要求。

红外变焦距光学系统的研究

基于战场环境要求红外光学系统不仅可以兼顾大视场搜索,还能够满足小视场瞄准跟踪的需求,针对160×128元非制冷焦平面阵列探测器,设计了8~12μm波段折射式长波红外连续变焦系统。该系统变焦过程中相对孔径不变,F数为3,变倍比为15∶1,在20~300 mm范围内可连续变焦。用ZEMAX光学设计软件对设计结果进行像质评价,结果表明,系统的调制传递函数接近衍射极限,成像质量优良,满足光学系统的设计要求。

红外焦距仪系统中平滑去噪方法的研究

红外焦距仪系统中使用线阵CCD采集信号时,由于CCD本身的散粒噪声以及外界环境(如外界杂散光,信号光的光子起伏,电、磁干扰等)的影响,采集到的信号往往有一定程度的失真和变形,存在许多“毛刺”,不利于数据的计算和分析。本文采用3次B样条小波对原始信号进行分解,对分解后的数据进行平滑处理,最后重构得到平滑信号。该方法解决了线阵CCD采集信号的不平滑问题。

多焦距光学系统的小型化设计

提出了一种多焦距短筒功率谱采集透镜 (PSCL) 系统设计方案,系统由前组透镜、后组透镜和4倍透镜组组成。F500傅里叶透镜作为前组透镜固定,加后组透镜,实现焦距F500至F800或F1000的切换。在F500或F1000系统后增加4倍透镜组,实现F2000或F4000的光学系统。设计结果表明,该方案缩短了透镜系统筒长,且像质良好。该透镜系统适用于多种焦距值切换的光学系统和仪器的小型化。

四片式变焦距长波红外光学系统设计

针对320×240焦平面阵列探测器(像元大小25μm×25μm),设计了一个变倍比为3倍的长波红外连续变焦光学系统,其工作波段为8～12μm,从短焦到长焦位置的F数从0.98到0.85逐渐减小,可实现焦距在45～135mm范围内连续变焦。该系统由4组元组成,每个组元仅有一片透镜;共8个面,其中5个为非球面、1个为衍射面。使用ZEMAX光学设计软件进行像质评价和优化后,在空间频率20lp/mm处,系统在整个变焦范围内MTF接近衍射极限。

新型离轴反射变焦距光学系统的多视场检测方法

基于对离轴反射变焦距光学系统进行计算机辅助装调研究,需要检测离轴反射变焦距系统各个视场的波像差,除零度视场外,获得包括其他视场的波像差有助于提高计算机辅助装调的准确性,但是目前已有的波像差检测方法往往只能获得系统零度视场的波像差.本文针对这个难题提出了一种检测离轴反射变焦距光学系统各个视场波像差的方法,并应用于离轴三反变焦距光学系统的各视场波像差仿真检测.该方法在传统自准直干涉法的基础上进行改进,关键在于采用变形镜代替扫描的平面镜,并采用夏克-哈特曼波前传感器代替干涉仪,配合精确标定的激光器光源阵列,可以实现对离轴三反变焦距光学系统的多视场波像差同时检测.由理论分析和仿真模拟得出,该系统在视场（0°,3°）,（0°,4.2°）,（0°,5.5°）,（0°,7°）,（0°,9.8°）,（0°,14°）处经过变形镜补偿后的剩余波像差的RMS值分别为0.00039λ,0.00075λ,0.0024λ,0.00017λ,0.00053λ,0.0057λ,分析仿真结果表明此检测方案是可行的,且适用于离轴反射变焦距系统的计算机辅助装调技术的研究.

实时全焦距成像系统

本文介绍全焦距成像技术,介绍焦深理论、快速全焦距透镜、快速成像和处理电路。最后介绍全焦距成像的应用。