1 苏州领锐源奕光电科技有限公司，江苏 苏州 215216
2 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
借助微分方法，提出光学系统内的消波段间色差和波段内色差条件，建立了扩展的复消色差理论，通过对比各自波段和全波段的折射率-色差系数，进行材料配对，并迭代优化校正各类像差。由此介绍了几种多波段共孔径光学系统的实现途径和具体设计实例，包括：透射式结构的宽波段及多波段成像物镜光学系统；透射式结构的中波/近红外二次成像变焦系统；透射式结构的中/长波红外二次成像变焦系统；通过反求工程（Reverse Engineering）设计了AN/AAQ-33“狙击手XR”吊舱采用的中波/近红外共孔径透射式前置望远系统主光路；AN/ASQ-228 ATFLIR吊舱采用的共孔径离轴三反射式消像散前置望远系统主光路；AN/AAS-52 MTS-B吊舱采用的同轴偏视场三反前置望远系统主光路；EKV采用的同轴四反二次成像系统；拓展介绍了采用同轴折反式前置望远+后置成像结构的光路结构，包括同轴折反式中波/短波/近红外和长/中/短波红外望远系统+后置分光成像系统的设计；以及一些典型弹载光学系统共孔径或共光路的设计。
光学设计 多波段 共孔径 折反式光学系统 前置望远系统 optical design multi-band common aperture mirror-lens optical system fore telescope 红外与激光工程
2020, 49(6): 20201017
1 电子科技大学 航空航天学院, 四川 成都 611731
2 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
针对小窗口大扫描角要求的光电成像导引头, 在总体设计时按照多学科协同设计与优化(Multidisciplinary Design Optimization, MDO)的设计原则, 通过并行的子空间多方案快速概念设计及排列组合优化, 转化为工程设计的约束条件, 进而指导分配光机系统和伺服稳定系统的设计权重, 并在电子样机上对设计方案进行综合性能动态评估和迭代优化, 最终确定了基于陀螺稳定反射镜物方扫描的方案, 实现了设计指标: 扫描范围-20°~10°(俯仰)/±15°(方位), 窗口面积不超过通光孔径的2倍, 且具有高精度和高动态的稳像能力。挂飞试验获得的图像与地面静态图像一致, 证明了基于MDO对光电稳定平台快速开发的有效性和优越性。
光电稳定平台 总体设计 多学科集成设计与优化 光学设计 EO stabilization platform overall design MDO optical design 红外与激光工程
2018, 47(9): 0918003
从宽波段范围的消色差条件出发，列表对比了常用光学玻璃材料在可见光、近红外和短波红外三个宽波段范围的色散特性，指出光学玻璃材料在不同波段色散特性的差异，据此论述了一种宽波段光学系统设计过程中各光学玻璃材料的使用与替换方法，并结合复消色差的方法，完成了一个宽波段大相对孔径光学系统的设计，该系统F数为1.4、焦距为70 mm、全视场为6.3°×8.1°、波长范围为0.4~1.7 μm。除球罩外，所述系统共采用了4种普通光学玻璃材料，透镜总数为9片、总长为110 mm，在-45 ℃~60 ℃温度范围内，均具有较好的成像质量和公差特性。
光学设计 红外技术 宽波段 InGaAs探测器 消热差
通过推导两个波段间由于色散特性差异导致的波段间色差，得到了描述波段间色散能力的波段间色差系数P，并结合光学系统光焦度方程、消色差方程和消热差方程，讨论了考虑材料波段间色散能力的消热差色差系统设计方法，完成了一个共光路红外双波段双视场光学系统的无热化设计。该系统F 数为2、焦距为150 mm/50 mm、波长范围为3.7~4.8 μm 和7.7~10.3 μm，共含有8 片透镜，3 个非球面，在-40 ℃~60 ℃温度范围内，各视场均具有较好的成像质量和冷反射特性。
光学设计 红外技术 双波段 双视场 消热差
1 西南技术物理研究所,四川 成都 61004
2 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室,吉林 长春 130031
3 空军驻川西地区总代室, 四川 成都 610041
研究了一种低成本折反式红外系统的光学被动消热差技术，通过理论分析温度变化对二次成像系统性能的影响，在次镜上采用曼金折反镜，将热离焦作为附加的初级像差引入像差平衡关系式，通过常规光学系统消像差和热差4种途径(分配光焦度、有效匹配光学材料与镜筒材料、改变透镜形状、引入非球面)实现全被动补偿。在此基础上建立了一个通用模型，在-45℃~+60℃温度范围内的MTF在17 lp/mm时达到05以上，冷反射等效温差在052℃以内。
红外光学系统 曼金折反镜 光学补偿 无热化 infrared optical system Mangin mirror optical compensation athermalization
1 西南技术物理研究所, 成都 610041
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 长春 130031
3 空军驻川西地区军代室, 成都 610041
基于光学消像旋原理, 研究了通过像旋扫描以扩大光学系统视场的途径, 并建立了一个设计模型。该模型是一个三次成像的变焦结构, 采用了别汉棱镜作为一维扫描器件, 为保证不同温度时的成像质量, 使用了主动消热差技术。系统采用了 480×6的线阵长波红外 (7.7~10.3 μm)探测器, F数为 2.6, 线阵长度为 12.29 mm, 通过像旋扫描获得了半径为探测器线阵长度的圆形总视场, 并采用倾斜和偏心探测器的方法实现了冷光阑匹配, 其视场为 4.4o/17.6o, 对应焦距为 320/80 mm。系统除别汉棱镜外采用了九片透镜, 其中 3个非球面。系统在全视场范围内具有接近衍射限的像质。
光学设计 别汉棱镜 像旋 红外变焦系统 无热化 optical design Pechan prism image rotator infrared zoom optical system athermalization
利用CODE V光学软件设计了一种用于内调焦对心器的电视测微镜头。该镜头由四片透镜组成，采用正负正焦距对称结构。 其焦距为17.20 mm，数值孔径为0.063，视场为16.82°。该镜头工作在486 ～ 656 nm波段，总长为68 mm。系统的全视场畸变为 -1.13%，调制传递函数MTF值在空间频率为60 lp/mm时大于0.64。设计结果表明，该系统的成像质量良好，结构紧凑，满足使用要求。
光学设计 大视场 紧凑结构 optical design large filed of view CODE V CODE V compact system
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
2 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室，吉林 长春 130031
基于显微摄影的成像原理，研究了像方扫描以扩大视场的途径，并建立了一个二次成像的设计模型，包括一个大视场的固定前置物镜组和一个运动轨迹为球面的中继透镜组。物镜组所成的一次像面优化了场曲，中继透镜组则根据该场曲进行运动，对一次像面不同区域成像，并采用光学被动消热差以保证不同温度的像质。该模型的相对孔径1∶3，波长3.7 μm~4.8 μm，焦距90 mm，瞬时凝视视场为±4°，扫描视场达±24°，采用7片透镜3个非球面，在全视场范围内具有接近衍射限的像质。
光学设计 像方扫描 二次成像 中波红外 optical design image space scan secondary imaging middle wavelength infrared
在致冷型红外光学系统中加入温栏会引入杂散辐射。杂散辐射包括温栏自身的辐射及对外部热光的反射。这两种辐射进入探测器后，会降低系统的信噪比和动态范围，影响成像质量。基于辐射及传热理论，提出温栏杂散辐射所引起噪声等效温差的计算模型，并研究了消除温栏杂散辐射的方法。用LIGHT TOOLS进行了光线追迹，对比分析了传统平面环状温栏和球面反射镜型温栏的杂散辐射，验证了理论推导的正确性和消除方法的可行性。结果表明，采用半径为30.3 mm的高反射率球型温栏代替原设计中的粗糙平面型温栏，控制其曲率半径和位置，可使由温栏引入的杂散辐射降低99%以上。
杂散辐射 温栏 光线追迹 光学设计 stray light warm shield ray tracing optical design
1 西南技术物理研究所二部， 四川 成都 610041
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室， 吉林 长春 130031
分析了采用像旋扫描原理扩大视场的途径，并建立了一个二次成像结构的设计模型。采用 别汉棱镜作为像方一维扫描器件，并通过偏置致冷型中波红外探测器，实现了光学系统出瞳与冷光阑的完全匹配。 此外，采用光学被动消热差以保证不同温度下的像质。该模型的相对孔径为1∶3， 波长为3.7 ～ 4.8 m，焦距为34 mm，视场为±20°。通过采用8片透镜(2个非球面)，在全 视场范围内获得了接近衍射限的像质。
光学设计 像旋 像方扫描 别汉棱镜 无热化 optical design image rotation image space scanning Pechan prism athermal
