广角f-θ静态红外地平仪镜头的光学设计

为了满足航天器对轻小、价廉,性能可靠的自主导航系统的要求,设计了广角静态红外地平仪系统。该系统选择辐射稳定的14～16.25μm作为工作波段,并设定全视场角为136°,F数为0.61;采用反远距结构,使系统后工作距达到15mm;利用f-θ镜头设计原理,并合理地选用非球面对广角系统进行优化设计,使系统的线性特性的相对误差<0.5%;在空间频率为15lp/mm处,系统的调制传递函数>0.6,接近衍射极限;在半径为20μm的圆内,系统径向能量>85%。另外,采用了像方远心光路,提高了像面的照度均匀性,实现了整个像面照度均匀性>99%。设计结果表明,该镜头结构简单、体积小、后工作距大,很好地解决了广角镜头轴外像差平衡问题,实现了地平仪系统的高精度设计。

长波红外广角地平仪镜头的光学设计

介绍适用于非致冷凝视式焦平面阵列的长波红外 (LWIR)广角地平仪镜头的光学设计。其工作波长范围 1 0～ 1 6 μm ,全视场角为 1 35°。采用“负 -正 -正”型式的反远距像方远心光路镜头结构 ,仅有三块非球面锗透镜构成。能够很好地解决广角镜头轴外像差校正和像面照度均匀性问题。此镜头结构简单、体积很小、后工作距离大 ,成像质量接近于衍射极限 ,在 2 0lp/mm空间频率处的调制传递函数值超过 0 .6 ,像高与视场角关系偏离线性的相对误差不超过 1 5 %。

红外地平仪圆锥扫描瞬时视场对姿态角测量误差的影响

对双反射镜圆锥扫描红外地平仪和楔镜圆锥扫描红外地平仪的工作原理及瞬时视场进行了比较,计算了两种类型红外地平仪的瞬时视场进出地球的扫描延时,分析了扫描延时对姿态角测量误差的影响。

硫系玻璃在无热化长波红外广角镜头中的应用

设计了一种工作波段为8~12μm、有效焦距为5mm、F数为2、视场角为110°的无热化长波红外广角镜头.根据红外无热化光学设计的基本原理,用了常规红外材料硫化锌、硒化锌和硫系玻璃材料制备的六片镜片,通过合理地分配各个镜片的光焦度以及相互间空气间隔等参量,在全视场角为110°的范围内实现接近衍射极限的成像效果.为了更好地控制系统像差,设计利用了硫系玻璃易于精密模压制备非球面的优点,在两片硫系玻璃镜片上设计了3处非球面.设计结果显示：系统在-40℃~60℃的温度范围内均可实现品质良好的红外成像,光学调制函数全视场内均大于0.4,同时在110°视场角时畸变控制在5%以下;实现了在较大视场角条件下控制红外广角镜头的畸变以及系统无热化等设计要求.该系统体积紧凑、质量较轻,整体设计符合民用红外车载镜头的使用要求.

红外模拟干扰环境下超广角波导光栅直透镜设计

为解决传统的光栅直透镜在红外模拟干扰环境下敏感和成像效果不好的问题,设计了一种改进的红外模拟干扰环境下超广角波导光栅直透镜,利用单自由曲面的折光能力实现光线准直出射,构建固定目标面均匀照明微分方程,采用切面迭代法求解单个自由曲面上的点坐标,根据能量守恒确定光源发光角,进行双自由曲面均匀准直照明,分析各接收面上的照度分布和光斑尺寸,在红外模拟干扰环境下,根据点到线模型中成像空间,构建红外模拟干扰下的超广角透镜模型,提高可透镜在红外模拟干扰环境下的成像能力和透射能力。仿真结果表明,该设计方案满足红外成像准线性区域范围要求,成像的像素保真度较好,克服了光学敏感性能,改进了成像效果,性能优越。

广角红外透镜在封闭高压开关柜温度检测上的应用

在介绍广角红外透镜的基本原理基础上,探讨了该型透镜在封闭开关设备内部发热检测中的应用,并给出了单面安装方法。其研究工作,对提高封闭开关设备内部发热监测水平,具有较高的价值。

折/衍混合凝视型红外地平仪系统的无热化设计

为了满足地平仪系统轻小、廉价、性能可靠的要求,设计了折/衍混合无热化凝视型红外地平仪系统。利用衍射元件特殊的像差特性和热差特性,采用折/衍混合广角f-θ镜头结构对地平仪系统进行大视场像差、色差和热差校正,采用反远距结构,保证系统具有足够的后工作距。设计结果表明,在温度为20℃时,140°广角f-θ镜头的线性特性小于0.5%;在-20℃～40℃温度变化范围内,空间频率20lp/mm处光学系统的调制传递函数均大于0.52,光学系统的波像差均小于λ/4,系统设计接近衍射极限满足成像要求,优化设计后光学系统的后工作距离为15mm,满足红外光学系统的装配需求。

高分辨率制冷型中波广角红外成像系统的光学设计

设计了一个F数为2,工作波段为3.7～4.8μm,全视场2ω=111.2°的高分辨率制冷型中波广角红外成像光学系统。该系统采用二次成像构型,通过Si、Ge、ZnSe三种材料六片式对称布局,利用折/衍混合器件及非球面,实现了光学被动消热差设计,使系统在-55℃至+80℃的宽温范围内,在空间频率为33lp/mm处的光学传递函数(MTF)均大于0.4,系统在15μm的像素尺寸内,能量集中度大于70%;采用f-θ设计,使成像系统对不同视场具有相同的角分辨率;通过引入光阑像差和控制像方视场角,使像面具有较好的均匀性,边缘视场最低相对照度为中心视场的90.9%,且具有近100%的冷光阑效率,同时,系统具有较好的冷反射抑制效果,该光学系统适用于像素为15μm,分辨率为640pixel×512pixel的中波制冷探测器。

一款小型化红外广角镜头的设计

为满足现代智能化设备和红外交互识别的需求,利用CodeV和Zemax光学设计软件设计了一款小型化红外广角镜头。该镜头使用3片塑胶非球面镜片和1片红外带通滤光片,其光学结构形式为负-正-正的结构;该镜头的F数为2.2,全视场最大角度为129°,系统机械总长3.8mm。该设计在1/2奈奎斯特频率处各个视场的调制传递函数值均大于0.5。组装该镜头进行测试,其调制传递函数性能符合设计需求,可以较好地实现红外探测功能。