1 北京空间机电研究所, 北京 100076
2 北京邮电大学，北京100876
在大温差条件下，由于温度剧烈变化导致红外光学系统成像质量变差。用于机载林火监测的大视场中波红外相机工作环境变化剧烈，对杂散辐射要求较高。为保证光学系统在要求的大视场和大温差条件下具有稳定的性能和良好的成像质量，通过基于消热差的设计方法和基于噪声等效温差的杂散辐射综合评价方法，设计了一套制冷型中波红外光学系统。该光学系统由6片透镜和1片滤光片组成，工作波段为3.7~4.8 μm，F数为2.5，焦距为62.5 mm，视场为14.36°×10.87°，探测器采用640×512 阵列中波制冷型探测器，通过采用硅、锗材料组合，合理分配光焦度，实现了消色差和消热差设计，通过冷反射优化和冷光阑匹配设计，较好地抑制了系统的杂散辐射噪声，通过引入少量非球面优化，在满足指标要求的情况下，对高阶像差进行了校正。结果表明，光学系统在−55~+70 °C温度范围内，成像质量稳定良好。
中波红外 制冷型探测器 消热差 冷反射 medium wave infrared cooled detector athermalization cold reflection
针对战场态势感知、环境污染监测以及应急减灾等领域对全天候、全天时遥感信息的应用需求，提出了一种可见光/红外一体化空间遥感成像方案，工作谱段覆盖可见光全色/多光谱、中波红外和长波红外，不同谱段的空间分辨率分别可达到为2 m/8 m、8 m和16 m，成像幅宽大于15 km。分析确定了光学系统技术指标参数，提出了可见光/红外共口径模块化光学系统设计方案，完成了各模块光学系统和整体光学系统的设计与分析。设计结果表明，各模块光学系统和整体光学系统的成像质量均接近衍射极限，各模块光学系统可进行单独装调和测试评价，有利于实现可见光/红外复杂光学系统的模块化研制，有效降低多谱段、多焦距、一体化复杂光学系统的研制难度和研制周期，具有较高的工程应用价值。
光学设计与制造 光学遥感 可见光/红外 共口径 模块化 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0122001
为了满足轻小型机载遥感平台对成像光谱仪高分辨率和小型化的要求，采用平场Schwarzschild 望远系统和基于凸面光栅的Offner光谱成像系统匹配的结构形式，设计了一个工作谱段为0.4~2.5 μm、相对孔径D/f′=1/3、全视场2ω=7.2°的机载高分辨率成像光谱仪光学系统。分析了Schwarzschild 望远系统和Offner 光谱成像系统的特点和像差校正方法，利用ZEMAX 光学设计软件进行了光线追迹和优化设计，给出了系统的调制传递函数曲线(MTF)和点列图，并进行了分析和评价。设计和分析结果表明，机载高分辨率成像光谱仪可以实现0.6 m 的空间分辨率和全谱段5 nm 的光谱分辨率，满足机载宽刈幅遥感成像的应用要求，光学系统结构简单紧凑，具有接近衍射极限的优良像质，易于加工和装调实现，具有较高的实际应用价值。
成像系统 成像光谱仪 光学设计 凸面光栅 Offner 光谱成像系统 光学学报
2015, 35(10): 1022001
日盲紫外探测系统因工作在日盲区而具有独特的探测优势，在民用和**领域得到了广泛的关注，尤其在导弹告警领域的应用显示了无与伦比的优越性。研究了紫外导弹告警的原理及优势，分析了紫外告警成像系统的关键技术；针对紫外导弹告警系统的应用需求，制定了日盲紫外光学系统的设计指标，分析了光学系统初始结构的选取方法，根据像差理论合理分配光学系统的光焦度，运用光学设计软件Zemax进行了系统的优化设计和像质评价，最后设计完成了一款焦距f′=150 mm，相对孔径1∶3，视场2w=±4°的日盲紫外光学系统。系统共用了5片透镜，总长160 mm，各视场能量集中度在增强型电荷耦合器件(ICCD)的像素尺寸(25 mm)内均大于90%，光学传递函数在奈奎斯特频率(20 lp/mm)处高于0.7，具有成像质量优异、结构简单紧凑的特点和很高的实际应用价值。
光学设计 日盲紫外 紫外探测 紫外告警 光学系统 激光与光电子学进展
2014, 51(2): 022202
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
为了实现遥感目标的长波红外高光谱成像，满足目标探测对多信息量的需求，设计了高光谱分辨率长波红外(8~12 μm)成像光谱仪。前置望远系统采用离轴三反系统，以实现无遮拦、大口径及宽视场成像设计；光谱分光系统分别采用折射式和反射式结构进行优化设计。设计结果显示，采用折射式结构，可得到通光孔径为100 mm，F数为2，光谱分辨率16 nm，空间分辨率150 μrad，冷光阑效率100%，成像质量接近衍射极限的光学系统；采用反射式结构，为了保证光学系统无挡光，需采用多片离轴反射镜，增加了系统的非对称性，使得系统的像散、彗差和场曲难以校正到最佳状态。设计结果表明：折/反混合式成像光谱系统具有光谱分辨率高、成像质量好和结构合理等优点，点斑均方根直径与国内现有探测器像素尺寸匹配。
光谱学 成像光谱仪 长波红外 离轴三反系统 冷光阑 折/反混合式 光学学报
2012, 32(11): 1122005
1 东华大学,信息科学与技术学院,上海,200051
2 上海大学,通信与信息工程学院,上海,200072
3 上海交通大学,激光与光子生物研究所,上海,200030
基于点扩展函数和傅立叶光学理论,推导出系统的相干传递函数,并详细研究了光纤对轴向分辨率的影响.研究结果表明:该系统为相干成像系统,系统的轴向分辨率随光纤半径A的增加而降低.最后,搭建了一套内窥式共聚焦成像系统,并测得光栅样品的共聚焦图像.实验结果表明,该系统具有良好的分辨率.
共焦成像 点扩展函数 相干传递函数 分辨率 Confocal imaging Point spread function (PSF) Coherent transmission function(CTF) Half-width at half maximum (HWHM) HWHM Resolution
1 东华大学信息科学与技术学院，上海 200051
2 上海大学通信与信息工程学院，上海 200072
3 上海交通大学激光与光子生物研究所，上海 200030
基于点扩展函数，推导出共焦系统的成像公式，模拟了探测器尺寸对分辨率的影响，并提出最佳针孔半径．为验证理论分析，设计并建立了一套共焦系统，测量了不同针孔时的轴向响应，并得到了鉴别率板的共焦和离焦像．
共聚焦成像 高分辨率 点扩展函数 半高宽 Confocal imaging High resolution Point spread function (PSF) Half width at half maximum (HWHM)
共聚焦内窥镜光学成像系统是将共聚焦扫描成像技术与内窥镜系统相结合,对体内器官组织在细胞层次上进行无损伤、动态、实时地远程检测和分析。系统介绍了共聚焦内窥镜成像系统的结构、原理、发展及影响系统性能的关键技术的研究现状,并对其优点及在实践中的应用前景进行阐述。
共聚焦 高分辨率 在体成像
