1 中国科学院上海光学精密机械研究所 王之江激光创新中心,上海 201800
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院,北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
针对同时兼顾大范围搜索和精确识别目标的迫切需求,研制了一种大变倍比红外变焦成像系统,设计两片独立运动的变倍镜及一片补偿镜,通过两个变倍镜级联的方式获得大变倍比。结合系统运动镜片多及变焦曲线复杂的特点,采用直线运动机构实现镜片变焦运动,使用集成编码器及螺纹丝杆的直线电机作为驱动。通过有限元仿真开展了系统力学分析,所设计镜片最大位移为3.04×10-3 mm。成像系统适用于中波红外制冷式640×512焦平面阵列探测器,变倍比达到55倍。实验室成像及外场实景成像的结果表明,系统在焦距由6 mm至330 mm连续变化的过程中成像清晰、像质良好,验证了系统的连续变焦成像性能,该设计合理可靠。研究成果在搜索、跟踪、侦察、监视等方面有广阔的应用前景。
红外变焦成像系统 大变倍比 直线运动机构 直线电机 infrared zoom imaging system large zoom ratio linear motion mechanism linear motor
福建师范大学 光电与信息工程学院 医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建省光子技术重点实验室,福建 福州 350007
变焦光学系统不仅适用于照相、监控以及显微等日常生活中,还被广泛应用于航空航天及**建设等领域。随着应用范围的扩大,对其性能指标的要求也越来越多,该文设计了一款15 mm ~300 mm的宽光谱四组元连续变焦光学系统。该系统采用正组补偿结构实现了20×的光学变焦,工作在450 nm~900 nm光谱范围,工作温度范围为?40 ℃~60 ℃;采用了18片球面玻璃镜片,总长160 mm,最大口径66 mm,长焦F数优于5,系统结构紧凑,满足小型化要求。系统在可见光波段,中心视场的调制传递函数(modulation transfer function, MTF)>0.4@145 lp/mm,全视场MTF>0.2@145 lp/mm;在近红外波段,中心视场MTF>0.45@60 lp/mm,全视场MTF>0.2@60 lp/mm。从设计结果可以看出,该设计满足高性能指标要求,对于宽光谱、大变倍比、小型化的变焦光学系统设计具有一定的参考意义。
变焦光学系统 宽光谱 大变倍比 小型化 光学无热化 zoom optical system wide spectrum large zoom ratio miniaturization optical athermalization
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
为满足深海探测需求,实现深海中更高质量成像,设计了深海专用的连续变焦光学系统,该系统同时具备短焦大视场、高分辨率、高变倍比的特点。根据在深海中使用环境,考虑了深水压对光学窗口挤压变形造成的像质下降,对光学窗口进行光机集成分析,将面形变化结果以Zernike多项式的形式代入光学系统中进行优化。对水下光学像差特点和变焦系统的设计方法进行研究后,光学系统采用机械式负组补偿变焦方式和像方远心设计方案。该系统工作距为5 m,变焦全程F数恒定为3.0,可实现全视场角5.7°~90°范围内可调,10倍连续光学变焦。变焦系统使用三片非球面,系统总长为260 mm。在208 lp/mm处,整个变焦区域内全视场的调制传递函数值均大于0.3,另外系统各变焦位置的最大畸变均小于3%。所提变焦系统结构紧凑,成像质量良好,变焦曲线平滑,可以满足实际应用的需要。
海洋光学 光学设计 光机集成分析 高分辨率 高变倍比 大视场 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0701002
江西凤凰光学科技有限公司杭州分公司, 浙江 杭州 310051
针对640×512元制冷型中波红外焦平面探测器, 采用二次成像的光学结构以及机械正组补偿变焦方式, 在设计中引入了硅基衍射光学元件, 从而构成折衍混合变焦光学系统。设计结果表明, 光学系统使用了7片镜片, 在3.7~4.8 m波段实现了15~300 mm连续变焦, 在空间频率33 lp/mm处的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)接近衍射极限。光学镜片的总重量仅有86 g, 光学系统的总长度为139 mm。该系统具有变倍比大、分辨率高、重量轻、体积小等特点。
折衍混合 大变倍比 连续变焦 轻型化 hybrid refractive-diffractive large zoom-ratio continuous zoom light-weight
光学 精密工程
2022, 30(11): 1263
为适应单兵平台的需求,设计了一款
${1^{\times } \sim{8^{\times }}}$![]()
![]()
紧凑型连续大变倍比枪瞄镜。阐述了紧凑型连续大变倍比枪瞄镜的设计方法及思路,根据设计指标进行物镜、中继系统、目镜的指标分解及高斯光学计算,初步评估整体光学系统的包络尺寸和复杂程度,依据高斯光学计算结果对枪瞄镜各组成部分单独进行光学设计和评价。解决了连续大变倍比枪瞄镜设计过程中大变倍比中继系统的倍率选择,等效物镜与目镜的光瞳匹配,以及中间像面分化板处的像质评价等问题。最终的设计结果表明:枪瞄镜物镜口径
$\phi 24\;{\rm{mm}}$![]()
![]()
,目镜口径
$\phi 36\;{\rm{mm}}$![]()
![]()
,光学系统总长228 mm,高倍端偏心(0.01 mm)引起的瞄线误差约为20″。系统结构紧凑,成像质量优良,满足目视光学仪器的使用要求。
枪瞄镜 高斯光学 高变倍比 光学设计 riflescope Gaussian optics high zoom-ratio optical design
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
针对现有水下光学系统中存在的主要不足,就某大视场水下连续变焦光系统指标要求,从水下光窗选型、光窗畸变、色差等的影响入手,分析了水下平板光窗引入的相对畸变和倍率色差特性,给出了相应的应对措施。结合水下工况对包络和工作距的要求,给出了一种三组联动的变焦系统设计模型和相应调跟焦组件的设计方法;通过在PNNP型结构中引入像差稳定镜组,对动态像差做稳定和补偿,改善了光学结构的像差校正能力,同时规避了凸轮曲线断点问题;通过在物方侧镜组中设置调跟焦镜组,保证了变焦全程对近景目标的清晰成像。完成了一个4 K水下大视场连续变焦光学系统设计,该系统工作距为0.5 m~inf,设计波段为0.48~0.64 μm,采用3840×2160高灵敏CMOS面阵探测器,像元大小为2 μm,变焦全程F数最大恒定为2.8,可实现全视场5.9°~62°、10倍以上连续变焦功能,具有较短的变焦行程、平滑的变焦轨迹、优良的成像性能等优点。
海洋光学 水下光学 变焦镜头 大变倍比 光学设计 ocean optics underwater optics zoom lens large zoom ratio optical design 红外与激光工程
2021, 50(7): 20200468