用于激光测距的小F数接收光学系统设计

为解决远距离漫反射激光测距系统能量损耗严重问题,并提高测距系统的响应速度,设计了一种小探测靶面大通光孔径的接收镜头。以3组4片式Petzval结构作为接收镜头的初始原型,将孔径光阑前移放置在第一面,同时增大其孔径以提高接收效率,最后一片引入非球面,以减小球差并使系统小型化;靶面采用直径为75μm的雪崩光电二极管探测器,保证响应速度小于45 ns。经过优化设计得到通光孔径为120 mm的接收镜头,F数为0.6,可用于远距离漫反射激光测距领域。

小F数红外光学系统设计

红外探测器不断朝着高分辨率、小像元的方向发展。要想实现小像元的探测,那就要求红外光学系统要具有更小的F数。所以本文基于对小像元探测的需求,通过采用库克型离轴三反结构,设计出了一款F数接近1的离轴三反红外光学系统。该光学系统的主镜、次镜、三镜均采用偶次非球面,F数为1.3,焦距为60 mm,视场角为1.6°×2.4°,波段为1.1~2.5μm。该设计的红外光学系统在空间截止频率100线对每毫米处调制传递函数(MTF)都大于0.6,并且弥散斑RMS值远小于探测器的像元尺寸,畸变小于2%,系统设计以及仿真后的结果说明,系统各视场的MTF均接近衍射极限,满足成像质量要求,能够实现小像元探测的需求。

小面元探测器在红外整机应用中的关键技术分析

小面元红外探测器具有成本低、体积轻、功耗小等优势,更利于红外整机实现工程指标提升,对于进一步推广红外行业低成本量产的发展十分有帮助。未来,小面元探测器如何在红外整机中应用是持续关注的重点,本文将针对小面元探测器在红外整机应用中的关键技术进行整机实验和数据仿真,为后续的工程化应用提供思路。

机载中波红外离轴两反光学系统设计

为了解决现有的光学系统在机载等领域中的局限性,引入自由度比较丰富的光学自由曲面,设计了一个小F数、大视场、较轻便的机载中波红外离轴两反光学系统。采用反射式的光学系统并通过离轴方式消除光线遮拦,通过XY多项式表达的自由曲面,运用前6阶项有效地平衡了高级像差。最终得到一款焦距为240 mm,视场角为3.8°,F数为3的中波红外光学系统,在全视场范围内系统的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)接近衍射极限,各视场的弥散斑均方根(Root Mean Square,RMS)半径在单个探测器像元尺寸15μm以内,整体物理尺寸小于130 mm(X)×180 mm(Y)×240 mm(Z)。最终结果表明,该系统在满足成像质量的同时,其结构简单,轻便性较好,可广泛应用于机载对地侦察成像等领域中。

基于自由曲面的离轴两反头戴显示光学系统设计

头戴显示系统在现代教育、医疗和娱乐等领域具有广泛的应用,离轴反射式头戴显示光学系统是头戴显示系统的一种设计形式,既能满足小型化和结构紧凑的需求,又能实现宽光谱成像,无需校正色差;然而,现有离轴反射式头戴显示光学系统的设计难以满足大出瞳直径和小F数相兼容的要求。针对该问题,提出基于光学自由曲面的离轴两反头戴显示光学系统,实现了大出瞳直径和小F数。该自由曲面头戴显示光学系统分别采用双曲率基面自由曲面和XY多项式自由曲面,出瞳直径为10mm,F数为3.0,视场角为28°,出瞳距大于15mm。该系统的成像性能满足要求且优于现有设计结果。