长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
针对通过微透镜阵列通光孔径的光束在不同条件下的填充问题，利用填充因子来表征微透镜阵列系统光瞳位置处光束的填充率，并分析其对系统探测距离、点扩散函数和光学传递函数的影响。基于近轴光学模型，构建了快速计算微透镜阵列扫描光学系统填充因子的数学模型，并提出一种系统设计方法。利用该方法设计了微透镜阵列扫描光学系统，所设计系统的实验结果与理论计算结果吻合，表明该系统的性能良好。
成像系统 光束扫描 微透镜阵列 填充因子 探测距离 点扩散函数 光学传递函数
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
照明系统是增强现实光学系统的重要组成部分，其体积、照度均匀性、能量利用率直接影响增强现实照明系统的质量，因此在照明系统中对光源二次配光非常重要。针对增强现实系统的自由曲面透镜形式和照明系统开展研究，重点分析准直系统集光角度与体积的对应关系，在对光源准直系统的面型构建详细分析基础上，对中心透射边缘反射的折反射式准直系统的面型进行求解，结合偏微分方程法和划分网格法，设计了自由曲面透镜，该系统与偏振分光棱镜共同组成硅基液晶（liquid crystal on silicon，LCoS）照明系统。仿真分析结果表明：系统照度均匀性达到91.96%，若不计偏振影响，照明系统光学效率达到66.6%。该系统具有结构简单紧凑、体积小、质量轻、照度均匀性高等特点，满足增强现实眼镜的需求。
增强现实技术 照明系统 准直系统 自由曲面透镜 augmented reality technology illumination system collimating system free-form lens 红外与激光工程
2022, 51(1): 20210927
长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
大视场星模拟器可以提供更广的星图范围。但是现有星模拟器受显示芯片尺寸的限制，最大视场不超过30°。为了增大星模拟器光学系统视场，本文提出一种将同一规格的星模拟器视场进行拼接从而扩大视场的方法。为了降低成本及系统复杂程度、减少系统整体重量，以最少的拼接数目实现最大的拼接视场，文中针对视场重叠区域进行了详细计算与分析，提出以平面拼接为基础的形式简化拼接模型，得到正三角形、正四边形、正六边形3种典型的拼接方式，并推导了3种拼接方式下视场利用率的计算方法。提出了单一视场坐标计算方法，据此确定每个视场的中心位置，得到准确拼接数目。对比结果显示，正六边形拼接方式具有视场利用率更高、拼接数目更少的突出优势，为大视场星模拟器设计提供依据。
视场拼接 星模拟器 大视场 拼接模型 field of view splicing star simulator large field of view splicing model
长春理工大学光电工程学院, 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
为在复杂环境下实现目标的高精度、高分辨率探测与识别,基于红外双波段成像光谱仪的准确性高、虚警率低的优点,针对像元大小为25 μm、阵列尺寸为384 pixel×288 pixel的制冷型双色量子阱红外探测器,设计了一款红外双波段共像面成像光谱仪。由于红外双波段系统的谱段较宽,色差难校正,所以前置望远物镜采用的是离轴两反系统。光谱分光系统采用谱线弯曲较小的Offner凸面光栅结构。为了获得更高的光谱分辨率和衍射效率,同时为了更有效地利用探测器,对光栅的双衍射级次进行设计,中波波段和长波波段分别采用二级衍射和一级衍射进行分光。为了减小到达探测器的杂散光对成像结果的影响,设计了二次成像中继系统,用以保证系统实现100%的冷光阑效率。为了更好地进行光瞳衔接匹配,各部分系统均实现了远心性。最终系统的成像结果显示,点列斑均方根半径小于一个像元,调制传递函数接近衍射极限,没有明显的冷反射现象,成像质量较好,符合红外双波段成像光谱仪的设计要求。
光学设计 成像光谱仪 红外双波段 Offner结构 光谱分辨率 中国激光
2021, 48(23): 2311002
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
为了减小手持双目望远系统的体积与质量,在单片多表面光学系统原理的基础上,建立了单片多表面望远系统的模型,构建了中心厚度与遮拦比的关系表达式,通过计算得到了系统的初始结构,并进一步优化出一款便携多表面反射式望远系统。该望远系统由单片透镜组成,光线在透镜中发生4次反射,各反射面均为偶次非球面。系统的工作波段为可见光,放大倍率为5×,透镜的基底为聚甲基丙烯酸甲酯,直径为15 mm,总长为5 mm,全视场为1.15°。优化后的镜头全视场波像差满足使用要求,光学传递函数(MTF)曲线平滑,在60 lp/mm处大于0.2,成像质量良好。通过将优化系统与传统的伽利略式望远系统进行对比,发现该系统满足市场对于便携式望远系统的需求。
光学设计 小型化 望远系统 环形孔径 折叠光路
