透雾连续变焦光学系统的设计

针对透雾连续变焦光学系统的特点,介绍了一种大口径、长焦距、透雾连续变焦光学系统的结构形式选择、系统中各组分相对孔径及初始结构的选取、像差平衡的方法。运用该方法设计的应用于某光电探测设备可见光通道的透雾连续变焦光学系统具有像质好、结构合理、加工装调的工艺性好等优点。

焦深延拓的透雾连续变焦光学系统设计

针对目前雾霾天气搜寻-跟踪的成像需求,同时出于降低光学系统加工装调难度、减弱热效应对像质影响的考虑,设计了一款加入波前编码技术的大焦深、大靶面、连续变焦、近红外光学系统。利用光学设计软件,通过在系统孔径光阑处放置立方位相编码板并优化位相板参数,获得系统变焦范围内任意焦距处的最大拓展焦深,分析了不同焦距处系统的焦深延拓倍率。该系统工作波段为1.20~1.67μm,具有良好的透雾性能,焦距为18~90 mm,探测器靶面为全画幅,搜索视场较大,有利于发现目标;在不同变焦位置,短焦端焦深最大为传统系统的6.43倍,长焦端焦深最大为传统系统的3.21倍,大大改善连续变焦系统对像面定位精度的敏感性,从而使该系统不仅具有优良像质,也使设计、加工、装调要求更加宽松,并有利于消除热效应的影响。

变光阑长波红外连续变焦光学系统设计

非制冷长波连续变焦光学系统由于相对孔径大导致小型化和无热化设计困难,本文采用可变光阑约束物镜尺寸压缩系统总长,实现长波640×512非制冷连续变焦光学系统轻小型化设计。通过材料合理配置及主动补偿实现5片透镜的8.5×连续变焦光学系统消热设计。该系统F#恒定1.2、工作波段为8~12μm、视场变焦范围为30°×24°~3.5°×2.8°、系统总长187.5 mm,该连续变焦光学系统重量轻、总长短、透过率高、在-40℃~+60℃温度范围全视场成像质量良好。

可见-近红外无热化连续变焦光学系统设计

变焦系统中,动组间相对位置的变化会导致各镜组的初级像差特性发生变化,环境温度的变化还会导致各焦距位置热差的改变,给无热化连续变焦系统的设计造成较大困难。针对该问题,从光学系统像差模型出发,将变焦系统像差分为定组像差、动组内像差和动组间像差三类,并结合变焦系统的消色差和消热差模型,讨论了无热化连续变焦光学系统的设计原则,及变焦系统设计中各组元的光焦度分配和材料选用方法,给出了一个宽波段连续变焦光学系统设计实例,该系统F数为5、焦距范围为8~120 mm、焦面对角线长6.2 mm、波长范围为0.48~0.68μm和0.7~0.9μm。所述系统仅采用了七种普通光学玻璃材料,透镜总数12组16片,总长仅90 mm,在-40~60℃范围内,变焦全程均具有较好的成像质量和公差特性。

长焦距大口径连续变焦光学系统的设计

根据某探测设备可见光通道光学系统的特点和技术指标要求,详细介绍长焦距大口径连续变焦光学系统结构形式选择、初始结构参数计算及像差平衡的方法,给出运用该方法设计的采用正组机械补偿形式的长焦距大口径连续变焦光学系统的设计结果。对连续变焦光学系统进行了像质检测、实景成像及环境试验考核,其结果表明:该光学系统能满足某探测设备的性能要求。

透雾连续变焦镜头的小型化设计

根据探测设备电视通道要求实现普通彩色和透雾黑白两种模式观察并小型化的特点,运用最速变焦路线凸轮曲线的设计及凸轮曲线平滑性优化的方法实现了小型化设计;采用可见光加近红外波段并在全波段范围内进行像质评价的方法,即根据外形尺寸计算中所求出的每个透镜组的光焦度和通光口径,参考现有结构,选定每组透镜的结构形式,缩放成要求的焦距以后组合成全系统进行像差校正,这样既可实现普通彩色和透雾黑白两种模式的观察,又保证了系统的齐焦性。系统通过了像质检测、实景成像的验证及环境应力筛选及环境例行试验的考查,并成功地用于探测设备。

40^(×)大变倍比宽波段连续变焦光学系统设计

为了实现对远处目标的瞄准、识别与跟踪,光电跟踪系统往往需要其光学系统可连续变焦,并且具有大变倍比、宽波段、光轴一致性高等特性。详细阐述了连续变焦光学系统的基本构造形式、初始结构参数估算等,并在确定了相关技术参数的基础上,设计了一种变倍比为40^(×)的宽波段连续变焦光学系统。设计的连续变焦光学系统全部使用球面镜,易于加工,成像质量较好,各视场MTF值在150 lp/mm处均大于0.2,并且凸轮曲线平滑,无拐点,杂散光控制较好,对系统影响很小。最后通过外景试验测试,该系统光轴一致性小于0.1 mrad,系统的各项性能指标都可满足设备的使用要求,为光电跟踪系统的工程化提供了参考价值。

紧凑低成本非制冷长波红外连续变焦光学设计

随着红外技术的快速发展,SWaP-C(尺寸小、质量轻、功耗低、成本低)概念已深入红外热像仪整机设计全过程。在非制冷连续变焦红外热像仪设计中,相对已模块化的非制冷探测器与成像电路、光学系统影响整机包络尺寸、产品质量及价格成本,因此设计一款总长短、质量轻、成本低、性能高的非制冷长波红外连续变焦光学系统将具有广阔的市场前景。非制冷长波红外连续变焦光学因相对孔径大、光学材料种类少等因素存在系统小型化和无热化设计难题,通过采用变F#设计方法约束物镜尺寸;利用三组联动变焦技术平衡像差、压缩系统总长;通过主动补偿的消热差技术使得系统在-40~+60℃温度范围成像质量良好,实现四片透镜构成的非制冷长波红外连续变焦光学系统设计。该系统工作波段为8~12μm,焦距变化范围为20.7~126 mm,对应F#为1.05~1.2,视场变化范围为21°×16.8°~3.5°×2.8°,变倍比为6.0×,最大物镜直径116 mm,光学系统总长180 mm,光学零件总质量418 g。该光学系统具有轻小型、高性能、低成本等SWaP-C特征,将在无人装备平台及手持热像仪设备中得到广泛应用。

一种用于牙科诊断的变焦光学系统设计

介绍了一种用于牙科诊断的变焦光学系统的设计。系统由两套变焦范围不同的镜头组组成,通过一个半透半反镜组合成共轴系统,分别用于一般观察和细节诊断。两套镜头的组合使用,能得到放大率连续变化的医用图像信息。自动调焦系统的引入,大大提高了物深,能更好地满足实际应用的需要。设计结果能达到50 mm以上景深要求,空间分辨率为30线对(lp)mm时,MTF值均高于0.2。

空间链路模拟器的连续变焦光学设计

为实现对激光通信系统终端的实验室性能检测,需在实验室中采用光学方法模拟空间不同距离的激光传输。根据前置傅里叶变换镜的参数,提取了链路衰减系统的初级设计指标,并根据指标要求巧妙利用了光学放大、变焦系统级联的思想,实现可变距离的空间链路过程模拟;利用ZEMAX光学软件设计了单级3~10倍连续变焦的模拟系统,给出了单级放大率和变焦系统之间的曲线。单级系统总长309 mm,结构紧凑,全视场波像差优于0.05λ,光线能量集中。通过理论分析,四级级联可实现等效为103~105km的传输距离,从而满足大多数激光通信终端的检测要求。

非制冷红外热像仪在便携式发射装置的应用

文中研究一种利用1280×1024像素的非制冷探测器接收目标红外辐射能量,前端匹配红外变焦光学系统,便携式发射装置的非制冷红外热像仪;其变倍组和补偿组分别固定在丝杠上,由步进电机驱动丝杠导轨式移动改变两者的位置实现连续变焦;与上位机用串口通讯设置亮度、对比度、极性、校正等图像的参数,用CameraLink方式输出数字视频信号,整机采用镂空结构支架固定;样机成像清晰、参数可调,满足要求,适于便携式发射装置应用。