1 莆田学院 机电与信息工程学院, 福建 莆田 351100
2 福建省激光精密加工工程技术研究中心, 福建 莆田 351100
太赫兹波具有高穿透性、低能性及指纹谱性等特征，被广泛应用于探测领域，因此，设计太赫兹波成像光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景。首先，以四块透镜构成的天塞物镜为参考结构，应用近轴光学系统像差理论构建系统像差平衡方程，给出了系统初始结构参数求解函数和方法，再结合光学设计软件进一步校正系统像差，最终设计了一种用于太赫兹波探测的大孔径光学成像系统。该光学系统由4块同轴折射透镜构成，焦距为70 mm，F数为1.4，全视场角为8°，在奈奎斯特频率10 lp/mm处全视场角范围内的调制传递函数（MTF）值均大于0.32，各视场内的弥散斑均方根（RMS）半径均小于艾里斑半径。最后对系统各种公差进行分析和讨论。设计结果表明，本文设计的太赫兹波探测光学成像系统具有孔径大、结构简单且紧凑、成像质量较好且加工性易于实现等特点，满足设计要求，它在太赫兹波段高分辨率探测领域具有重要应用价值。
光学系统设计 太赫兹波 大孔径 像差平衡 公差分析 optical system design terahertz wave large aperture aberration balance tolerance analysis
中国电子科技集团公司第五十五研究所，南京210016
设计了一种折叠式光学系统来缩短微光夜视仪轴向尺寸，提升头戴式微光夜视仪佩戴舒适性。首先给出总体设计，包括折反式物镜和长工作距离、双通道目镜系统设计，之后通过理论计算获得物镜和目镜的指标参数，最后选用符合要求的初始结构，采用软件对折叠式光学系统进行优化设计。采用折叠式光学系统的微光夜视仪，与传统直视型夜视仪相比轴向长度由110 mm减少到70 mm，更接近佩戴者头部，可以有效提升佩戴舒适度。
折叠式微光夜视仪 光学系统设计 非球面 重心 folding low‑level‑light night vision goggles optical system design aspheric surface center of gravity
1 莆田学院机电与信息工程学院，福建 莆田 351100
2 福建省激光精密加工工程技术研究中心，福建 莆田 351100
提出了一种基于变焦原理和初级像差理论的机械补偿式的长焦距离轴全反射式三档变焦光学系统设计方法。首先，建立了同轴四反射镜变焦光学系统初始结构求解模型，基于该模型，应用开发的自适应变异概率遗传算法对其进行求解，得到了同轴系统部分初始结构参数；然后，将其进行适当偏心和倾斜来消除共轴系统中心遮拦问题，结合光学设计软件Zemax对离轴系统像差进行校正。最后，应用上述设计方法，系统中各块反射镜光学面采用非球面设计，设计出高成像质量的焦距为300、600、900 mm的三档变焦离轴四反射镜光学系统。结果表明，该方法为离轴全反射式三档变焦光学系统设计提供了一种有效手段，能设计出满足实际应用需求的系统。
几何光学 光学系统设计 四反射镜 三档变焦 机械补偿 长焦距 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1908001
红外与激光工程
2023, 52(7): 20230287
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 中国移动通信集团吉林有限公司长春分公司，吉林 长春 130022
设计了一款能实现全天候清晰成像的全景监控摄像光学系统。采用全景环带结构形式，该结构分为摄像头部单元和中继透镜单元两部分，摄像头部单元完成全视场目标搜索，中继透镜单元将头部单元所成的中间虚像进行二次成像会聚到探测器上。设计时采用多重结构优化方式，实现可见光及近红外双波段成像。该光学系统视场为360°×（40°~100°），焦距为?2.75 mm，F数为3.28。设计结果表明：系统的MTF（modulation transfer function）值在全视场处接近衍射极限，各个视场的弥散斑半径均小于所选CCD像元尺寸，畸变小于2 %，且日夜离焦量小于0.002 mm，该设计结果可满足全天候全景监控需求。
全景环带镜头 宽波段 大视场 光学系统设计 panoramic annular lens wide band large field of view optical system design
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国科学院 空间光学系统在轨制造与集成重点实验室，吉林长春100
4 北京胜泰东方科技有限公司，北京10002
为实现真空100 K低温环境中的红外设备测试，设计了一种离轴三反式的准直系统。该系统采用无热化设计，整机结构选用SiC材料，在镜体与支撑结构连接处采用C形开口胀销作为柔性结构，补偿连接结构的低温变形。系统整体除反射镜外，其余部分全部包裹在低温辐射冷板内。低热导绝热支撑结构在热传导链中起热屏蔽作用，实现系统的绝热支撑和快速制冷。在100 K低温环境下对单镜进行仿真分析，主、次、三镜的面形误差均小于λ/50；整机分析得到主、次、三镜的面形误差均不大于λ/30。常温下系统各个视场波前差在λ/14~λ/8内，低温下系统视场波前差在λ/8~λ/7内，根据瑞利判据可认为波面无缺陷。当λ=632.8 nm时，常温下系统在50 lp/mm频率的调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF）大于0.7；低温下的MTF大于0.6，满足系统在50 lp/mm MTF大于0.6的使用要求。仿真结果表明，准直系统可以在100 K真空环境中稳定输出平行光，满足低温红外设备的测试需求。在快速辐射制冷材料级实验中，历经18 h，温度稳定在130 K；历经30 h，SiC镜坯温度稳定在110 K。该实验验证了SiC反射镜快速辐射制冷的可行性。
光学系统设计 准直系统 离轴三反系统 红外 光机热分析 低温 optical system design collimation system off-axis three-mirror system infrared optical mechanical thermal analysis low temperature
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 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室，吉林 长春 130033
宽谱段高光谱相机能够更为全面地记录目标的光谱信息，是目前高光谱相机所追求的主要方向之一。然而，宽谱段势必会带来系统的色差和二级光谱过大的问题，从而对成像质量造成影响。因此，基于Buchdahl矢量色散分析方法，提出了一种基于线性渐变滤光片的宽谱段高光谱相机光学系统。该系统为一款焦距为100 mm、F数为5、视场角为14.2°且光谱范围在400~1000 nm内的像方远心透射式光学系统。基于该系统的高光谱相机可在500 km轨道处获得空间分辨率为21.5 m、光谱分辨率为10 nm、幅宽为125 km的图像。像质评价及公差分析结果表明，系统具有良好的成像质量并能够满足加工和装调的要求。传递函数测试结果表明，系统符合实际应用需求。
光学系统设计 高光谱相机 复消色差 宽谱段 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0922002
中国空间技术研究院，北京空间机电研究所，北京 100094
为了实现光丝激光雷达系统的天基应用，开展了天基光丝雷达光谱仪光学系统设计，根据应用需求确定光谱仪光学系统构型主要由望远系统、狭缝、准直系统、平面光栅、成像系统构成；为了解决谱段宽可能引入的色差问题，光谱仪系统采用全反射结构设计；完成了光学系统与各项指标分析，通过设计可达到以下指标：光谱仪谱段范围为320~950 nm，光谱分辨率为2 nm，光谱仪最大色畸变为1.1 μm（即0.07 pixel），3个像元内的能量集中度大于96%，光学传递函数MTF在3.7 lp/mm下可达到0.99。所设计的光谱仪系统可用于星载大气成分高分辨率光谱探测。
光学设计 光丝激光 光谱仪 光学系统设计 光谱分辨率
西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
为了解决空间对地遥感光学系统探测波段窄、分辨率低等问题, 设计了一款非球面离轴三反光学系统。对计算得到的同轴三反结构进行了视场离轴处理, 优化了像差, 分析及评价了离轴三反系统的成像质量。设计得到的光学系统分辨率在可见光及短、中波红外波段都得到了提升, 分别能够达到2 m、3.3 m以及10 m的地元分辨率, 系统三个反射镜面型均为偶次非球面, 焦距600 mm, 相对孔径1/4.3, 视场角8°×4°, 最大畸变0.4%。各波段在奈奎斯特频率处的MTF值均高于0.2, 且RMS半径满足小于探测器最小像元尺寸的成像要求。实现了高分辨率、宽波段的设计目标所要求的各项指标, 从而提升了系统全时间段、全天候的信息获取能力。
光学系统设计 离轴三反光学系统 偶次非球面 视场离轴 高分辨率 optical system design off-axis three-mirror optical system even asphere off-axis field of view high resolution
