1 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471009
2 空基信息感知与融合全国重点实验室，河南 洛阳 471009
针对离轴光学系统装调过程中自由度高且互相耦合的问题，提出一种新的离轴自由曲面反射式光学系统装调方法，采用计算全息图（CGH）实现多镜共基准定姿定态，解耦合系统各镜片的装调自由度，显著降低系统装调复杂度；分析CGH用于定姿定态时的定位精度，提高系统装调精度和效率，适应不同构型的离轴光学系统。利用上述方法，完成口径为、视场为的近红外长波红外双波段离轴反射式光学系统装调，全视场波像差RMS小于（），达到设计预期，装配周期短，成像质量优良。
光学设计 计算全息图 离轴三反 自由曲面
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220523
1 中国飞行试验研究院, 西安 710000
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
温度变化时, 光学镜片参数的变化使得光学系统产生离焦, 无热化设计就是为了补偿温度变化的影响, 使得像面与探测器位置相匹配。常规的无热化设计主要考虑了温度对折射率的影响, 而对于光机结构变形对光学元件位置、角偏、面型造成的影响考虑不足。完整分析了温度对光学系统的影响, 较为全面地考虑了光学、结构的热效应, 研究了基于光机热集成仿真技术的光学系统无热化设计方法, 以一个卡式光学系统的被动无热化设计为例说明了该方法的有效性。
光机热集成仿真 无热化设计 光机热效应 structural-thermal-optical integration simulation athermalization design structural-thermal-optical effect
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
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
矢量像差理论表明, 一个已经校正过初级像差的光学系统, 在微小失调量状态下仍会出现特定的像差表现, 而工作在恶劣环境下的机载、星载光学系统这种情况尤为明显。波前编码技术已被证实对一阶、三阶像差有一定的钝化作用, 基于波前编码原理, 从矢量像差的角度研究了三次相位板对光学系统失调产生像散的钝化作用, 并以卡式折反系统为例做了仿真验证。研究显示, 波前编码计算成像系统对于元件倾斜引起的失调像散不敏感, 系统轻微失调时仍能保持良好的成像效果, 这对于降低光学系统的装调难度以及增强机载、星载光学系统的环境适应性具有一定的意义。
计算光学成像 波前编码 矢量像差 像差钝化 computational imaging wavefront coding vector aberration aberration passivation
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
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
从杂散光抑制与体积压缩的需求出发, 设计出具备二次成像、实出瞳的紧凑型离轴三反光学系统。给出了一种二次成像离轴三反光学系统的初始结构搭建思路, 并运用自由曲面优化系统, 依据该方法设计出了焦距130 mm、F数1.3、线视场5°×0.1°的离轴三反光学系统。系统成像质量接近衍射极限, 具有二次成像和实出瞳的杂光抑制特性, 理论上可以实现100%冷光阑效率, 具有超小F数1.3的紧凑型特点, 可用于航空航天探测等对杂光抑制要求较高的**领域。
红外探测系统 离轴三反光学系统 二次成像 实出瞳 自由曲面 杂散光抑制 infrared detection system off-axis three-mirror optical system secondary imaging real exit pupil freeform surface stray light suppressing
中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000
超大视场红外光学镜头在**上主要用于对来袭目标进行告警，相比于常规红外光学系统，其设计具有许多不同的特点。结合实际工程应用，在投影方式、光学构型、像面照度、视场、无热化、评价方式等方面对超大视场红外光学系统设计的特点进行分析。给出了一个具体的设计实例，所用探测器采用1 024×1 024@15 μm制冷型中波红外探测器，光学系统工作波段3.7～4.95 μm，焦距9.6 mm，视场116°，仅采用4片透镜实现无热化设计，不含衍射面，工作温度覆盖范围?55～+70 ℃，镜头结构紧凑，总长度小于70 mm。像质评价结果表明:全视场单个像元角分辨率均匀性95%以上，单个像元能量集中度在75%以上，光学系统边缘视场照度为中心视场照度的90%以上。
光学设计 超大视场 视场拼接 optical design large field of view field of splicing 红外与激光工程
2020, 49(6): 20190443
1 海军装备部装备项目管理中心, 北京 10071
2 空军装备部, 北京 100843
3 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
拼接光窗在气动保形、电磁隐身、大尺寸等方面均具有较好的性能，但由于子光窗间状态不一致，导致各区域入射波前分离并产生附加光程差，系统点扩散函数(PSF)随之退化，从而使得成像图像模糊，因此,分析拼接光窗对成像质量的影响对于高性能机载光电探测系统的开发十分必要。通过图像数值仿真，对拼接光窗影响光学成像的因素逐一进行分析并确定图像特征和形成原因。同时给出了一个设计实例，对合理确定子光窗加工精度和面形精度的方法进行说明。
光学成像系统 拼接光窗 调制传递函数 optical imaging system splicing light window modulation transfer function
1 海装驻武汉地区军事代表局, 武汉 430060
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
分析了影响光电侦察系统分辨能力的基本链路要素, 给出了一种通用性能预测模型的建立方法, 建立了红外光电侦察设备分辨能力计算模型, 并以最小可分辨温差(MRTD)作为最终评价指标。用一个具体实例进行了数值仿真计算, 说明了模型的适用性。
光电侦查系统 分辨能力 electro-optical reconnaissance system resolution MRTD MRTD
1 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
2 空军装备项目管理中心, 北京 100843
针对640×512阵列双波段制冷型探测器, 设计了一套双波段红外光学系统, 用于机载红外搜索跟踪系统。该光学系统采用锗、硒化锌和硫化锌组合, 实现了消色差和消热差设计, 通过引入非球面和构型优化, 很好地校正了系统的高阶像差, 简化了系统结构。光学系统仅由8个镜片构成, 工作波段为3.7~4.8 μm和8~9.4 μm波段, F数为2, 焦距360 mm, 视场2.54°×2.03°, 满足100%冷光阑效率。像质评价结果表明, 光学系统在-55～+70 ℃温度范围内, 双波段成像质量良好。非均匀温度场分析表明, 光学系统温度梯度容忍性较好。
光学设计 红外光学 双波段 无热化设计 optical design infrared optics dual-wavelength athermalization design
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
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
光学加工和检测技术的提高为自由曲面的应用开拓了新的领域, 紧扣空间光学对压缩系统体积和实现系统性能提升的需求, 提出一种可快速获得的紧凑型离轴三反光学系统初始结构, 通过3个镜面折叠交叉排布, 极大地压缩了系统体积; 另外, 节点像差理论为自由曲面应用提供了强大的理论基础, 在优化过程中, 两片镜子采用了泽尼克多项式面形。通过设计实例验证发现, 最终系统具有结构紧凑、大视场、小F数等优点, 同时该设计方法的优化过程具有收敛速度快等特点。
离轴三反光学系统 自由曲面 紧凑型 泽尼克多项式曲面 off-axis three-mirror optical system freeform surface compact Zernike polynomial surface
