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
中国人民武装警察部队工程大学 装备管理与保障学院，陕西 西安 710086
为了满足激光**对光束质量日益增长的需求，提出了一种光学准直系统的设计思路及非球面镜优化方法，并将该方法成功应用于一款激光热灼枪的镜头设计，使该枪可以在更远范围内获得更高质量的准直光束。首先在战技参数分析和光路计算的基础上得到初始结构，而后对其进行非球面优化，并基于ZEMAX对两次仿真结果做出对比分析，数值结果显示优化结构具有显著优势，其非球系数和曲率半径分别为0.584 mm和115.37 mm，光能利用率在使用GB 1316-88减反射膜的情况下可达99.92%。经过公差分析后加工出镜头并与枪体组合进行了木板烧蚀实验，实验与仿真结果吻合度良好，镜头性能的优越性证明了所提出设计及优化方法的可行性与合理性，也为其他领域的类似问题提供了一定的参考价值。
光学设计 激光** 非球面 准直系统 公差分析 optical design laser weapon aspheric collimating system tolerance analysis 红外与激光工程
2021, 50(3): 20200219
中国计量大学光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
根据非成像光学理论,提出了一种基于准直系统的自由曲面设计方法。以几何光学为理论基础,设计了一种关于中心轴旋转对称的新型发光二极管(LED)准直系统。准直系统的集光角约为236°,出射光半发光角度小于1°。基于几何光学和能量守恒定律,在准直系统的出射平面上设计了自由曲面,并给出了“多对一”的能量拓扑关系和均匀矩形光斑的照明设计方法。借助Matlab软件,对自由曲面的面型数据进行求解,并在曲线曲面的非均匀有理B样条(NURBS)曲面的理论基础上,采用SolidWorks软件搭建模型,并通过光学设计软件LightTools进行模拟分析。仿真结果表明:新型准直系统能够实现大角度光线的准直,基于准直系统的自由曲面设计方法实现了均匀的矩形光斑。
光学设计 非成像光学 自由曲面 发光二极管准直系统
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 重庆理工大学, 重庆 400054
为了满足自准直系统的高精度要求, 同时扩展其适用范围, 以便更好地应用于科学研究, 在光学自准直原理的基础上, 针对大口径细光束的自准直系统进行研究, 并对其误差源做了深入分析。对入射光束发散度引入的误差、CCD离焦误差、光学元件姿态引入的误差、反射镜平面度误差、准直系统瞄准误差以及原理误差这六种主要的误差源做了定量分析, 同时对外界环境条件引入的误差进行了定性分析。通过对上述误差的定量与定性分析, 可以直观地观察各误差源对系统精度产生的影响, 为后续大口径细光束自准直系统的设计提供了重要的理论支持。
自准直系统 误差源分析 细光束 发散度 精度 autocollimating system error source analysis thin beam divergence precision
长春理工大学 空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
针对不同光学系统中存在的杂散光所造成的假信号或信号饱和影响,本文结合像面照度分析和消光环抑制的方法, 对准直系统进行分析, 找到产生杂散光的主要原因, 设计了3种不同结构的消光环以消除杂散光。仿真实验结果确定了最优形式的消光环结构, 边缘杂散光抑制最大下限值为038%, 平均抑制值568×10-4%; 以此模型为基础, 进行了杂散光抑制实验。实验结果表明, 带有消光环结构的准直系统可以有效抑制杂散光, 保证了后续光学系统的功能实现, 对其他杂散光抑制系统具有借鉴作用。
杂散光抑制 像面照度分析 消光环 准直系统 stray light suppression imaging illumination analysis extinction ring collimating system
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
通过研究法国实验客体(FTO)的闪光照相过程,设计了静态照相过程中采用的准直措施,除传统的一二级准直体外,还通过添加三级准直体来进一步控制入射到客体边缘部分的X射线,从而降低散射的影响。蒙特卡罗方法模拟结果表明,采用三级准直技术可以有效地控制散射的影响,图像接收平面各边界的直散比有了明显的提升。
高能闪光照相 法国实验客体 准直技术 蒙特卡罗模拟 三级准直 high-energy flash X-ray radiography French Test Object collimation technology Monte Carlo method 3-grade collimating system 强激光与粒子束
2014, 26(4): 044002
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
建立了高功率光纤非相干合成光束在湍流大气中的传输模型。综合考虑了准直系统、对准误差、光束抖动和大气湍流的影响，分析了单模、多模光纤光束非相干合成系统的传输特性。理论计算表明，在准直系统设计为最佳值时，功率为10 kW的单模激光由准直系统导致的光束质量退化率约为10%，而光束质量M2因子为13、功率为30 kW的多模激光，其光束质量退化率约为1%。对于数目都为六束，总功率分别为60 kW、180 kW的单模、多模光纤光束组成的非相干合成系统，在倾斜误差没有校正时，单模光束阵列较多模光束的传输特性优势随湍流强度的增大而降低。在传输距离为5~15 km时，单模光束阵列倾斜误差完全校正时的到靶光强是无校正时的1.32倍左右，而多模光束阵列的到靶光强变化不明显。
光纤激光 非相干合成 大气湍流 准直系统 传输特性 光学学报
2013, 33(s1): s114008
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 光电技术研发中心, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院, 北京 100049
3 空军航空大学, 吉林 长春 130022
设计并优化了高效且结构紧凑的折射/全反射/反射/折射式(RIXR) LED准直系统, 用于收集大角度范围内的光线获得具有较小发散角的准直光束。首先, 根据非成像光学理论中的边缘光线原理以及多面同步(SMS)设计方法计算系统初始结构的面型; 然后, 利用Zemax光学设计软件对初始结构进行优化设计; 最终得到最佳结构的LED准直系统。优化设计得到的RIXR型准直系统的半口径为20 mm、纵横比为0.25、集光角为200°。LED准直系统经反向光线追迹得到边缘视场(±3.178°)点列图的均方根半径<2.1 μm, 故边缘视场达到了很好的聚焦效果。充分考虑材料的吸收损失和界面的反射损失后, 光能利用率高达83.48%。实验表明, 基于RIXR结构的LED准直系统具有光能利用率高、结构紧凑、体积小、便于应用等特点。
非成像光学 多面同步法(SMS) 自由曲面 RIXR结构 LED准直系统 non-imaging optics Simultanous Multiple Surface(SMS) free-form surface RIXR stracture LED collimating system
1 西北工业大学电子信息学院，西安 710012
2 中航工业洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471009
为了提高多传感器光电跟瞄系统瞄准精度，提出了多传感器光电跟瞄系统瞄准精度测试的3种方法：像纸法、CCD 法和靶标法。系统采用宽光谱大口径平行光管，结合光电跟瞄系统的激光、红外和电视分系统，实现激光与红外/电视瞄准线高精度测试。详细介绍了每种测试方法的工作原理和主要误差来源，建立了实验测试环境，分别用像纸法、CCD 法和靶标法对同一光电跟瞄系统红外、电视、激光传感器的瞄准线之间的偏差进行了测试和误差分析。结果表明，靶标法测试误差源少，精度能够达到4″，适用于高精度光电跟瞄系统瞄准精度测试。
光电跟瞄系统 瞄准精度 瞄准线测试 photoelectric tracking and collimating system collimating precision LOS test
1 华中科技大学 光电子科学与工程学院，湖北 武汉 430070
2 华中农业大学 理学院应用物理系，湖北 武汉 430070
在理论上分析了单级单透镜光学系统对激光高斯光束发散角的影响。用单个平凸透镜对激光引信中的半导体激光器进行了准直，达到了激光引信光束准直的要求。通过CCD成像方法对准直后的光束发散角进行了测量，利用二阶矩算法计算出光束发散角。实验测得2个方向的发散角分别为θx=7．03°和θy=0．69°，验证了准直系统达到激光引信要求的θx＜10°和θy＜1°技术指标。
半导体激光器 激光引信 准直系统 光束发散角 CCD成像 semiconductor laser laser fuze collimating system divergence angle CCD imaging
