1 中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南 郑州 450047
2 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
为了实现激光/红外双模导引头成像系统的小型化，简化光学系统结构，设计了四次反射的双模共光路环形孔径超薄成像系统，研究了该系统的分光路设计原理，给出了遮拦比与视场角的关系，实现了仅有单一光学元件的长波红外7.7~9.5 μm和激光1.064 μm双模导引头成像系统。双模环形孔径系统在长波红外波段的焦距为70 mm、等效F数为1.3、全视场为8°、空间频率为41.7 lp/mm时各视场MTF值均大于0.136。双模环形孔径系统在激光波长的焦距为53.8 mm、等效F数为1、全视场为10°、全视场范围内的光斑分布均匀。在环境温度范围为−40~80 ℃时，长波红外波段各视场MTF值均大于0.13，激光波长的弥散斑形状和能量分布基本不变，实现了光学被动无热化。通过公差分析可知双模环形孔径系统具备可加工性。
光学设计 双模导引头成像系统 环形孔径 非球面 optical design dual-mode seeker imaging system annular aperture aspheric 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220442
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000
为消除单层衍射元件在可见光宽波段中低的衍射效率对成像质量的影响，根据探测器的量子效率，提出了设计波长的选择方法，构建了可见光宽波段折衍混合系统受衍射效率影响的点扩散函数（PSF）模型。使用构建的PSF模型进行图像复原，提高了折衍射混合系统的图像质量。为了验证所提方法的有效性，将单层衍射光学元件引入目前已有的专利物镜系统中进行优化设计，优化后的系统中不仅光学元件的数量得到了减少，还将波段范围从486.1~656.3 nm扩展至400.0~800.0 nm。利用所提方法对波段范围扩展后的低衍射效率图像进行复原，复原后的图像质量不论在主观上还是客观上都有明显提升，这说明所提方法可用于含单层衍射元件的可见光宽波段系统设计。
光学设计 点扩散函数 衍射效率 计算成像
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 中国科学院深海科学与工程研究所，海南 三亚 572000
为了解决现有含有扩展光源的照明系统能量利用率低、透镜体积大、照度不均匀等问题，根据非成像光学边缘光线理论，提出了一种适用于扩展光源的双自由曲面设计方法。利用扩展光源的左右边缘光线经过透镜折射后形成的角度差值来控制目标面的照度分布，根据设计目标参数，计算内外自由曲面离散点，拟合内外自由曲面的轮廓曲线，得到旋转对称的双自由曲面透镜。在透镜高度与光源直径之比仅为2的情况下，利用此方法，经过数值计算以及光学仿真，设计了高能量利用率、高均匀性的双自由曲面透镜。近场双自由曲面光学系统的能量利用率为99.52%，照度均匀度为95.81%；远场双自由曲面光学系统的能量利用率为99.12%，照度均匀度为93.45%。研究结果表明，所提设计方法将对含有扩展光源的照明系统设计具有指导意义。
光学设计 扩展光源 非成像光学 双自由曲面透镜 均匀照明 光学学报
2022, 42(15): 1522001
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 吉林省春曦光电科技有限公司, 吉林 长春 130022
在激光制导中,四象限探测器镜头的光学质量决定了目标定位的精度。鉴于此,设计一种非接触式检测四象限探测器镜头光学质量的系统,该系统能够对四象限探测器镜头的光学质量进行在线批量检测。首先将激光光源整形扩束准直为平顶光束,然后通过四象限探测器镜头在磨砂玻璃上显像,最后通过非接触式长工作距离的显微物镜成像在探测器上以探测光斑的形状、位置及均匀度。设计结果表明,此系统能够有效单独对四象限探测器镜头的光学质量进行批量检测,从而提高四象限探测器镜头的品控,有助于提升四象限激光制导探测系统的整体质量。
光学设计 四象限探测器镜头 检测系统 显微成像
红外与激光工程
2021, 50(3): 20200270
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春130022
2 北京大学分子医学研究所, 北京 100871
为了校正大长径比、大扫描视角共形整流罩引入的动态像差,提出了一种固定自由曲面透镜阵列校正器。通过设计透镜阵列校正器中各透镜自由曲面的面形和旋转角度,校正不同扫描视角大长径比共形整流罩引入的动态像差。实验结果表明,自由曲面透镜阵列校正器可以对长径比为1.2的共形整流罩实现±50°扫描视角的动态像差校正。这种新型校正器具有动态校正器和固定校正器的优点,可适用于扫描视角大、长径比大以及稳定性高的共形整流罩光学系统。
光学设计 共形光学 整流罩 自由曲面透镜 透镜阵列
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春130022
2 北京大学分子医学研究所, 北京 100871
为了校正大扫描视场机载共形窗口引入的像差,提出一种基于固定校正板和透镜阵列的静态校正方法。首先使用固定校正板校正静态像差;然后在像面前安置固定的透镜阵列,利用透镜阵列中的各个透镜单元分别校正不同扫描角度的动态像差;最后基于所提方法设计应用在机载共形光学系统中的像差校正器。设计结果表明,所提方法在±42°的扫描视场范围内能够良好地校正共形窗口引入的像差。与其他动态或静态校正方法相比,所提方法可以实现大扫描视场机载共形光学系统像差的校正,同时降低机载共形光学系统的质量,提高系统的稳定性。
光学设计 共形光学 共形窗口 像差校正 透镜阵列
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
为了校正机载共形光学窗口引入的随观察视角变化的动态像差,提出基于计算成像的共形光学系统像差校正方法。通过建立非相干成像系统模型,给出波前编码系统消除共形光学窗口动态像差的原理和成像过程,阐明基于计算成像的共形光学系统的设计准则和掩模板的优化流程,利用倾斜边缘法定量分析该系统的传递能力。实验结果表明,通过计算成像的方法可以校正机载共形光学系统的动态像差,并且无需加入复杂的校正器件,该系统具有结构简单和稳定性强的优点。
光学设计 共形光学 光学窗口 计算成像 像差 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 232201
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
传统单层衍射元件的衍射效率在入射波长偏离中心波长时急剧下降,因此在宽波段红外系统中应用时会导致成像模糊。通过分析视场对含衍射元件系统点扩散函数(PSF)模型的影响,提出了减小视场影响的光学-数字联合设计方法;该方法通过将优化的权重赋予不同的衍射级次,使系统的PSF不随视场变化,同时将单层衍射元件中心波长设计在中波,在长波波段利用所构建的PSF模型通过图像重建达到双波段成像的目的。采用该方法设计了红外双波段折衍混合系统,在中波波段,该系统在17 lp/mm处的MTF为0.7;长波重建图像在主观上明显清晰,多个图像质量评价函数均有所提高。结果表明,该设计方法可以实现单层衍射元件在红外双波段上的应用。
光学设计 衍射效率 点扩散函数 联合设计 红外双波段 光学学报
2020, 40(14): 1422002
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
基于双波段系统的多层衍射光学元件(MLDOE)的带宽积分衍射效率(PIDE),建立其与入射角度和基底材料关系的数学模型,提出一种双波段斜入射多层衍射光学元件基底材料的选择方法,并通过该方法选择出双波段多层衍射光学元件基底材料的最佳组合方案。方法的提出以及数学模型的建立,解决了光线斜入射时基底材料选择不当导致多层衍射元件衍射效率和带宽积分衍射效率下降的问题,为多层衍射元件在多波段和宽波段系统中的应用提供理论指导。依据该方法,设计了适用于中波红外3.7~4.8 μm(MWIR)和长波红外7.7~9.5 μm(LWIR) 双波段的多层衍射光学元件,并利用该衍射元件设计了10倍中长波折衍混合双波段红外变焦系统。结果表明,该系统在中波红外奈奎斯特频率处的调制传递函数(MTF)均大于0.52,在长波红外奈奎斯特频率处的MTF均大于0.35。
衍射光学 衍射元件 透镜 红外成像
