1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710119
声光可调协滤波器（AOTF）成像光谱仪可同时获取探测目标的空间图像和光谱信息，具有体积小、质量轻、中心波长挑选灵活等优势。提出一种基于AOTF成像光谱仪组合变焦光学系统设计方案并完成了主动变焦前置光学系统仿真设计。该方案由主反式变焦前置系统和具有任意放大倍数的投影系统组成，可实现大变焦范围主动变焦成像。前置光学系统的初始结构由主反式变焦系统设计理论确定，利用同轴系统的离轴解和参数优化完成离轴三反远心结构的设计和系统像差校正，构建逐步逼近优化法实现主动连续变焦。在Code V中的仿真结果表明：前置变焦系统工作波段为0.5~1.7 μm，变焦范围为260~520 mm，短焦处调制传递函数大于0.68@34 lp/mm，长焦处大于0.45@34 lp/mm，全场的均方根半径小于0.345 μm，成像质量良好。
声光可调协滤波器成像光谱仪 光学设计 组合主动变焦 离轴三反 像方远心 光学学报
2023, 43(19): 1911005
1 中国科学院光电技术研究所环境光学研究院，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
目前的共心多尺度系统普遍存在子相机像面不稳定的问题，这一问题直接导致了在后续的图像拼接中易于出现图像拼接错位，严重影响系统成像质量。针对这一问题，提出了一种基于像方远心光路的方法，该方法提高了子相机像面的稳定性，为后续的图像拼接减轻了压力。首先对错位现象出现的原因进行了理论分析，从理论层面分析了引入像方远心光路对改善成像系统的作用，最终设计了成像性能优异的基于像方远心光路的共心多尺度成像系统，其焦距为60 mm，F数为3，远心度小于0.2 mrad，总视场为70°，各视场弥散斑半径小于所选探测器的像元尺寸，在奈奎斯特频率为108 lp/mm处各视场的调制传递函数均大于0.6。像方远心结构的共心多尺度成像系统可以从光学结构部分改善子相机像面不稳定的问题，从而提高后端图像拼接的拼接质量和拼接效率，为后续的共心多尺度系统设计提供了更多的思路和技术途径，具有重要的理论和实践意义。
光学设计 像面稳定补偿 像方远心光路 共心多尺度成像系统 光学学报
2022, 42(14): 1422001
红外与激光工程
2021, 50(3): 20200277
红外与激光工程
2020, 49(4): 0414002
1 西安美术学院 影视动画系, 陕西 西安 710065
2 华中科技大学 工程实践创新中心, 湖北 武汉 430074
为了满足基于TIR棱镜的高分辨率工程投影机对高分辨率、高照度均匀性、长后工作距离及连续变焦投影的工作需求, 设计了一种基于TIR棱镜的高分辨率像方远心连续变焦投影镜头。该镜头焦距为25~32 mm, F#为2.4, 工作在可见光波段。该投影镜头具有靶面大、分辨率高、后工作距离长及照度均匀性高的设计难点, 通过选择反远距的双高斯结构, 控制像方远心度, 通过采用不同材料搭配, 并借助CODE V的玻璃专家优化功能, 反复迭代优化, 最终, 得到满足使用要求的连续变焦投影镜头。结果表明: 该镜头在连续变焦过程中各视场MTF值在72 lp/mm处不低于0.4, 各视场RMS弥散斑直径小于8.5 μm, 畸变小于2%, 短焦边缘视场照度均匀性大于95%。该连续变焦投影镜头采用全球面设计, 结构紧凑, 成像质量好, 畸变、垂轴色差和照度均匀性都得到了较好的控制, 可以很好地满足高分辨率工程投影机的投影需求。
投影镜头 连续变焦 像方远心 垂轴色差 照度均匀 projection lens continuous zoom image-side telecentric vertical axis chromatic aberration illumination uniformity 红外与激光工程
2019, 48(11): 1114005
1 长春理工大学 光电工程学院, 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 130033
为了提高星敏感器相对孔径, 拓宽探测光谱范围, 文中通过探测器灵敏度模型的计算, 确定了星敏感器光学系统的设计参数, 进而设计了一款基于卫星平台的星敏感器光学镜头。该镜头由7片球面透镜组成, 光谱范围为500~800 nm, 焦距为50 mm, 相对孔径为1/1.25, 视场角为8.45°×8.45°(对角线视场角为11.96°), 总长83.33 mm。镜头采用像方远心光路, 减小了因像面离焦及其他因素引起的测量误差。优化后的镜头畸变小于0.5%, 质心色偏差控制在±2 ?滋m内, 能量集中度(3×3像元内)大于80%, 最大倍率色差为-0.073 ?滋m, 轴外视场的弥散斑能量集中度和轴上视场基本一致。对比不同温度下的光学系统, 焦距变化量很小, 验证了无热化设计要求, 镜头的成像质量良好。
光学设计 星敏感器 大相对孔径 宽光谱 像方远心 无热化 optical design star sensor large relative aperture wide spectrum telecentric in image space athermalization 红外与激光工程
2019, 48(7): 0718005
1 中科院南京天文仪器有限公司，江苏 南京 210042
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 中国科学院南京天文仪器研制中心，江苏 南京 210042
在航天空间交会、对接等高精度定位应用中需要光学成像系统具有高分辨率、低畸变、大视场的特点，为此设计了一种满足上述要求的航天物镜。采用复杂化的双高斯结构形式进行准像方远心光路设计，系统由9片透镜组成，并采用耐辐射玻璃材料减少离子辐射的腐蚀性；采用滤光片避免短波辐射对系统的影响，引入非球面提高成像精度，最后对成像物镜进行了公差分析。设计的系统焦距为24 mm，相对孔径为F/2.2，工作波段600 nm~800 nm，全视场角为35°。设计结果表明，采用该方法设计的物镜在128 lp/mm处各视场传递函数值均大于0.3，畸变值为0.007 2%，达到设计指标要求。
光学设计 航天物镜 准像方远心 系统畸变 optical design space objective lens quasi image space telecentric systematic distortion
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
针对大视场、高分辨率、低畸变和环境适应性要求高的三线阵航空测绘相机光学系统设计要求, 开展新型光学系统结构形式设计: 首先, 根据总体方案要求以及稳定平台安装特点, 确定了单镜头的技术方案; 接着, 分析计算了光学系统各项指标参数, 光学系统拉氏不变量达到9.5; 然后, 对比分析了非像方远心光路、像方远心光路和准像方远心光路的结构形式; 最后, 设计了一种航空环境适应性良好的双高斯复杂化失对称准像方远心光学系统结构形式。设计的光学系统成像质量好, 在全色谱段内的Nyquist频率为100 lp/mm, 全视场调制传递函数均优于0.36; 分别在R、G、B谱段的Nyquist频率为50 lp/mm, 全视场调制传递函数均优于0.6。光学系统全视场最大相对畸变优于0.1%, 在均匀温度0~40 ℃范围内, 全色谱段调制传递函数优于0.3。实验室鉴别率板测试结果表明, 相机静态分辨率达到102 lp/mm; 飞行验证试验结果表明, 相机摄影分辨率达到0.16 m@2 km航高。光学系统设计完全满足大视场三线阵航空测绘相机环境适应性和分辨率的要求。
测绘相机 调制传递函数 机载环境适应性 光学设计 准像方远心 mapping camera modulation transfer function airborne environment adaptability optical design semi-telecentric structure
