在光学加工领域，采用功率谱密度（power spectral density, PSD）对误差频谱方面信息进行表征，但是功率谱密度是表面误差统计信息，不如峰谷值 (peak-valley，PV)和均方根值(root mean square，RMS)直观。为了分析功率谱密度与工艺参数之间的关系，该文从PSD定义出发，分析了随机面形轮廓不同参数对光学PSD的影响规律，总结了PSD控制的要点，在平面玻璃上对数控抛光典型路径下加工的PSD曲线进行分析。分析结果表明：PSD与随机轮廓幅值、频率分布有关，相位对它几乎无影响；在RMS接近情况下，PSD线性拟合斜率和RMS Slope随随机轮廓的自相关长度增加而下降；短程加工路径相较于长程有序路径能够有效抑制PSD曲线峰值，使得光学元件符合频谱抑制要求。
1 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
2 陆军重庆军事代表局驻昆明地区军事代表室，云南 昆明 650223
针对手持热像仪较普通热像仪的特殊要求，设计了一种适用于手持热像仪长波双视场望远镜系统，该系统变倍比为2.5 倍，采用ZOOMING 型轴向移动变倍方式，采用一片透镜即可实现变倍、调焦及温度补偿功能。优化了系统光机电设计，符合手持热像仪高性能、高集成、小型化、轻量化的要求，并通过了工程实际应用及外场验证试验。
手持热像仪 红外望远镜系统 双视场 调焦 hand-held infrared infrared optical system dual field of view rotate-zoom
为了充分发挥器件的性能, 采用凝视探测器件的搜索跟踪系统需要特殊的光学结构补偿搜索跟踪时产生的扫描效应。给出了物方和像方扫描补偿光路的形式和构成, 分析了平行和会聚光路两种不同补偿结构的特点, 论述了扫描补偿引入的光学问题以及相应解决途径, 提出了扫描补偿引入的最大光学原理性误差小于1/3～1/4像素的观点。
扫描补偿 红外搜索跟踪系统 光学系统 de-scanning search and track system optical system
给出了一种适用于红外搜索跟踪系统的透射式双波段(中波/长波)光学物镜,两个波段的相对口径均为 1/1.3,工作波段分别为 3.7～4.8.m和 7.5～10.5.m,视场为 ±1.75.。为提高光学透过率,物镜采用会聚光路分光,每个波段仅有 4片透镜,其中各有 2片采用了衍射光学表面,实测两个波段的光学透过率(含分光镜)均大于 70%。
红外物镜 衍射光学元件 红外搜索跟踪系统 infrared lens diffractive optical elements infrared search and track (IRST) system
给出了一种可用于红外热成像、激光测距(照射)及可见光电视的多波段共用离轴反射式望远光学系统, 可结合快速反射镜构成复合稳定光电系统, 具有结构紧凑、重量轻和无中心遮拦的特点, 其中的反射镜均为二次曲面或平面, 相对于常规离轴三反系统具有较好的加工和装调工艺性。
光学设计 反射式光学系统 多波段共光路 optical design reflective optical system multispectral optical system
针对变形反射镜校正非垂直入射畸变波前时, 补偿面型求解的复杂性, 借助波前补偿原理, 提出利用变形反射镜对系统 Zernike波像差的响应矩阵求解变形镜补偿面型的方法。结合 Zernike模式法复原波前, 利用 CODEV仿真分析变形镜补偿畸变波前过程。以某红外自适应光学系统为例, 仿真验证补偿效果。此方法能够简化变形反射镜控制算法, 加深对自适应光学原理的认识。
自适应光学 变形反射镜 Zernike多项式 波像差响应 补偿面型 adaptive optics deformable mirror Zernike polynomials wavefront aberration response compensation surface type
根据设计要求计算了非共轴球面光学系统的初始结构, 选定泽尼克多项式为自由曲面面型, 利用正交泽尼克多项式与像差的关系, 调整曲面参数校正系统的像差, 运用CODE V进行系统优化。通过设计实例对比了直接优化和分步优化方法, 由对比结果可知, 分步优化更适用于自由曲面光学组件的设计。仿真结果表明: 系统在整个视场范围内, 点列斑直径小于27 μm, 网格畸变的最大值为-7.15%, 30 lp/mm处的MTF大于0.197。
光学设计 自由曲面组件 泽尼克多项式 优化 optical design free-form-surface component Zernike polynomials optimization
叙述无光焦度补偿组与次镜重合时的全球面双反射系统的设计，给出利用PW法求解初始结构的基本理论，阐述应用无光焦度补偿组来平衡球面反射系统像差的方法。通过改变遮拦比K和焦点伸出量δ进行光线追迹，选择出该类系统K和δ的最佳组合。给出设计实例: 系统工作波段λ=450 nm～700 nm、焦距f′=1 600 mm、相对孔径A=1/8、视场角ω=±0.5°，遮拦比K＝0.35、焦点伸出量δ＝0.1，系统优化后的球差系数 SⅠ=-0.001 207，彗差系数SⅡ=0.000 192，波像差W=0.043 27λ。
三级像差理论 无光焦度补偿组 初始结构 third-order aberration theory afocal corrector initial structure
采用双电机联动控制变倍组与补偿组的变焦方案替代传统的曲线套筒, 实现了采用全透射式结构型式, 相对口径为1/4, 焦距变化范围为342.76 mm~13.15 mm连续变焦光学镜头的机械补偿式变焦。将变倍组设计成步进模式, 作匀速运动, 补偿组设计成位置跟踪模式, 按凸轮曲线作变速运动, 采用双电机全数字伺服控制凸轮(CAM)算法, 将光学设计计算的变倍镜和补偿镜位置对应关系转变为对应的脉冲数输入到CAM表中, 从而确定2个不同运动速度轴之间的位置对应关系。试验结果表明: 双电机控制的变倍组和补偿组位置分辨率达到0.18 μm, 光轴一致性水平方向达到1.9′, 垂直方向达到1.3′。
红外连续变焦 双电机控制 变倍组 补偿组 步进模式 位置跟踪模式 infrared zoom lens double-motor control zooming lens group compensating lens group stepping mode position tracking model
针对冷光栏F数为1.27的480×6元长波制冷型红外探测器, 设计了焦距325 mm、F数达1.35、视场为±1.05°的用于红外警戒或搜索系统的6 片式光学系统, 该系统光学透过率为76%, 冷屏效率100%。
光学设计 红外搜索跟踪系统 红外探测器 optical design infrared searching and tracking system (IRST) infrared detector
