1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 江苏省计量科学研究院（江苏省能源计量数据中心），江苏 南京 210023
针对长焦镜头小型化、轻量化的设计需求，基于离轴三反结构探索紧凑型长焦光学系统设计方案。利用圆锥曲面焦点共轭的光学特性，通过相邻反射面焦点重合的方式构造可对轴上点完善成像的初始结构，并在此基础上，通过追迹特征光线建立针对离轴三反结构的光线无遮拦判定条件，从小视场出发制定视场扩展与自由曲面面形的优化设计策略。以长焦手机镜头为例，设计了一款F数为5、等效焦距达196 mm、视场范围±3.8°的离轴三反式紧凑型长焦镜头。其尺寸为26 mm×24 mm×10 mm，仅由3个反射面构成，MTF优于0.2@114 lp/mm，畸变低于0.5%，相对照度高于95%，像面无暗角。该系统无遮拦，无色差，且相较于常规潜望式长焦镜头，在小型化、轻量化方面具备明显优势，为紧凑型长焦镜头设计提供了新的解决思路。
光学设计 长焦镜头 自由曲面 离轴三反 optical design telephoto lens freeform surface off-axis three-mirror 红外与激光工程
2023, 52(7): 20230322
长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
为了满足瞄准镜体积小、重量轻的要求, 需要物镜采用摄远型结构。分析了摄远型透镜转像式物镜的光学特性与像差特点, 提出了摄远型镜组、正场镜和对称式转像镜组构成的结构型式。依据系统的成像特性, 推导了光焦度分配和外形尺寸计算公式。采用光学设计软件Zemax设计了摄远型透镜转像式物镜, 系统焦距为-100 mm, 入瞳直径为25 mm, 视场角为8°, 系统总长仅为99.92 mm。设计结果表明, 采用该方法设计的瞄准镜物镜在40 lp/mm处各个视场的调制传递函数均在0.2以上, 满足目视光学仪器的使用要求。
光学设计 瞄准镜 摄远物镜 场镜 转像透镜 optical design sighting telescope telephoto lens field lens relay lens
1 长春理工大学现代光学测试实验室, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130022
由于红外具有能识别伪装、可昼夜工作和被动工作的优势而被广泛地应用于跟踪和搜索系统.而这些系统要求红外光学系统成像清晰、结构紧凑、可适应较大的温度变化.依据光学被动消热差的方法设计了可在较宽温度范围工作、成像质量优良、结构紧凑、体积小的红外中波摄远物镜,其摄远比可达到0.6.系统参数如下:工作波段为3~5 ?m,焦距150mm,F 数为3,工作温度为－40℃~60℃.设计结果显示,该系统仅采用3 片透镜并利用衍射元件消热差完成了无热化的要求,减少了系统的成本及重量,传递函数在17 lp/mm 处均在0.8 以上,与衍射极限十分接近,满足在宽温度范围内工作成像质量高及系统小型化的要求.
红外中波摄远物镜 无热化设计 折衍射混合系统 结构紧凑 infrared mid-wave telephoto lens athermal design refractive-diffractive hybrid system compact structure
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
太阳模拟器是非成像光学领域的重要应用。由于光学系统的特殊性，导致其光路很长，当采用双分离准直物镜时，准直系统的长度占了很大一部分。因此为实现太阳模拟器的小型化，提出将具有短后截距的摄远物镜替代通常采用的双分离准直物镜，从而缩短准直系统的长度，使光学系统的结构更加紧凑。同时设计了一种三片式的摄远物镜，并通过LightTools 软件仿真分析的方法研究了这种三片式的摄远准直物镜对太阳模拟器技术指标的影响。仿真结果表明：应用这种摄远物镜可以在太阳模拟器技术指标变化不大的情况下，实现太阳模拟光学系统缩短，有利于太阳模拟器的小型化。
光学设计 非成像光学 太阳模拟器 小型化 摄远物镜 准直 激光与光电子学进展
2015, 52(1): 012201
1 长春理工大学 光电工程学院,长春 130000
2 中国兵器工业第二〇八研究所,北京 102202
3 河北承德技师学院,河北 承德 067000
4 中国人民解放军63856部队,吉林 白城 137000
为了满足红外检测设备大视场、高像质、易便携的要求,设计了工作波段为8~14 μm 、全视场大于等于24°、孔径为130 mm的大视场透射式红外平行光管系统.采用三片式摄远物镜结构,并加入一片非球面解决了三片透射式系统像差难以平衡的难题.根据光学设计理论对系统进行多层次优化设计,最终得到了在全视场内的红外平行光管设计结果,其中不同波长所对应的各焦距位置在20 lp/mm处的调制传递函数不低于20％、畸变小于1％,其优点是大视场、高分辨率、成像质量好、结构简单,可以为各种红外热像仪、军用红外瞄具的性能参数检测系统提供高像质、高分辨率的无穷远红外目标源.成功研制一台应用样机,并于加工装调后进行了应用验证试验,结果表明样机获取图像清晰准确,能够满足测试要求.
光学 红外平行光管 光学设计 摄远物镜 大视场 Optics Infrared collimator Optical design Telephoto lens Wide-field 光子学报
2014, 43(10): 1022005
设计了一种集激光光束质量分析、光电自准直、激光自准直和光轴一致性检测等多种检测功能为一体的多功能光电检测系统.系统工作波长范围为300～1 700 nm，准直准确度2″,角分辨力0.1″.设计了一种长焦距平行光扩束系统和三光轴系统，采用带有中心平面的、可移动的复曲面摄远物镜，物镜口径75 mm，扩展口径至400 mm，使系统实现了光轴一致性、出射激光指向及多参量集成检测功能，集成化程度高.利用光学设计软件ZEMAX进行系统仿真和优化设计，在全视场内，不同波长所对应的各焦距位置50 lp/mm处MTF>0.2.成功研制一台功能样机，并于加工装调后进行了测试试验，结果表明该仪器获取图像清晰准确，能够满足测试要求.
光学设计 光电多功能检测 复曲面设计 扩束系统 多光轴系统 摄远物镜 多重组态 Optical design Optical multifunctions detection Toric lens design Beam expander system Multioptical axis system Telephoto lens Multiple configurations
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
针对所研制的微型拉曼光谱仪的特定要求，数值孔径为0.04和工作波长在781~1014 nm，设计了两款与单色仪配套的外光路光学系统：球面系统，非球面系统。收集光路采用单透镜，会聚光路采用“厚双胶合透镜”形式的摄远光学结构，会聚系统的摄远比达到0.59，极大地缩短了系统的尺度。设计结果表明，采用传统球面设计时，光学系统的物方数值孔径达到0.33，点斑半径小于30 μm，像面相对照度在80%以上；加入了非球面之后，物方数值孔径达到0.4，点斑半径小于20 μm，像面相对照度在80%以上。光学系统总长150 mm，满足小型化和便携式的要求。
成像系统 拉曼探头 微型拉曼光谱仪 摄远物镜 非球面技术 激光与光电子学进展
2012, 49(3): 032204
1 中国科学院 西安光学精密机械研究 所空间光学研究室,陕西 西安 710119
2 中国科学院 研究生院,北京 100049
采用折/衍光学元件结合的方法,使用两种普通国产玻璃K9和TF3,设计了工作波段为0.546~0.768 μm的3片式长焦物镜系统,并对其二级光谱进行了校正。将此设计结果与7片型,4种材料的全折射式长焦物镜的光学性能进行比较。结果表明,利用折/衍光学元件能在简化系统的基础上有效校正长焦物镜的像差,极大降低系统的长度、重量和复杂程度,其光学成像和结构性能优于全折射型。
光学设计 折/衍混合 复消色差 长焦物镜 激光与光电子学进展
2010, 47(9): 092201
南开大学,现代光学研究所,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071
设计了一款用于医疗方面的视场为 74°的电子内镜物镜.电子内镜外径为 8 mm 从而实现无麻醉,内镜前端可弯曲来实现无盲区检测.物镜有效焦距为 4 mm,后工作距为 4.8 mm. 系统的畸变最大值少于 4 %,场曲最大值为 0.27 mm.为了提高成像质量,将非球面引入此五片镜系统.所设计的光学系统尤其适用于0.25 英寸 CCD 像传感器,且显示模式为 SVGA.
光学设计 反摄远镜头 电子内窥镜 物镜系统 非球面 Lens design Inverse telephoto lens Electronic endoscope Objective lens Aspheric surface
