作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 西安应用光学研究所,陕西 西安 710065
针对空间相机轻量化、小型化要求,采用一体式环形孔径透镜。由于基底单一和结构紧凑,系统存在色差和球差,引入衍射光学元件和偶次非球面校正像差,而单层衍射光学元件在宽波段存在衍射效率下降等问题,设计了一种端到端式光学-数字联合成像系统,对影响衍射效率主要级次的点扩散函数进行一致性优化,构建出空间不变的点扩散函数模型,为后续图像复原建立复原函数模型,实现退化图像的复原。最终光学-数字联合成像系统工作波段确定为0.45~1 μm,焦距为185 mm,视场为5°,F数为4,遮拦比为0.35,系统总长为67.8 mm。
光学设计 环形孔径 单层衍射光学元件 端到端设计 图像复原 optical design annular aperture single-layer diffractive optical element end-to-end design image restoration 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411006
朱历伟 1杨磊 1,*陈洁 1张文平 2,3[ ... ]谢洪波 1
作者单位
摘要
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
2 天津大学-赛思倍斯空天光电系统工程联合实验室,天津 300072
3 赛思倍斯(绍兴)智能科技有限公司,绍兴 311899
离轴反射系统设计的关键环节是确定适用初始结构并进行优化,一般从同轴结构或者专利库中寻找相似的结构开始优化,这往往需要耗费大量的时间。以Seidel像差理论为依据,研究了一种获取离轴四反系统初始结构的设计方法。在设计之初引入视场偏置,通过追迹近轴光线给出五种单色像差的初级Seidel像差表示。以Seidel像差绝对值最小化作为目标函数,同时加入对光学和系统结构上的限制条件构建含有约束条件的单目标非线性优化模型,并通过粒子群优化算法进行求解。在此基础上,通过MATLAB调用CODE V API接口,判断此视场偏置情况下是否满足无遮拦的条件,并从中挑选出满足条件的初始结构。设计了一款焦距为1 200 mm,视场1.2°×20°,F数为6的离轴四反光学系统,系统结构布局紧凑,成像质量良好,各项指标均满足设计要求。
光学设计 离轴四反结构 Seidel像差 粒子群优化 望远镜 Optical design Off-axis four-mirrors structure Seidel aberration Particle swarm optimization Telescope 
光子学报
2024, 53(1): 0122003
魏锦洋 1,2李旭阳 1,2,*谭龙玉 3袁灏 1[ ... ]姚凯中 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学技术研究室,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 上海航天控制技术研究所,上海 201109
为实现空间目标的探测与精确识别,设计了一种基于连续变焦结构兼顾大孔径和长焦距的探测成像一体化光学系统,实现了短焦大视场探测,长焦小视场成像的目的。系统采用里奇-克列基昂(RC)结构加校正镜与变焦结构通过光瞳匹配进行结合的方式,使用两片反射镜压缩光路,系统工作于450~850 nm的光谱范围内,焦距为700~3 500 mm;探测端焦距为700 mm,F数为2.5,视场角为0.5°×0.5°;成像端焦距为1 400~3 500 mm,F数为5~12.5,视场角为0.18°×0.18°。该系统具有探测能力强、成像质量佳、系统总长短、变焦凸轮曲线升角小等优点。
光学设计 连续变焦 大孔径 探测系统 成像系统 一体化系统 光瞳匹配 Optical design Continuous zoom Large aperture Detection system Imaging system Integrated system Pupil matching 
光子学报
2024, 53(1): 0122001
作者单位
摘要
西安工业大学光电工程学院光电信息技术研究所,陕西 西安 710021
针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题,提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件,建立合理的优化目标函数,以光学结构参数作为遗传变量,利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构,筛选最优结构输入到光学仿真软件中,经过简单优化即可得到满足要求的宽光谱光学系统。以此方法设计了可见光、近红外宽光谱光学系统,系统成像波段为0.4~1.2 μm,焦距为40 mm,视场角均为±5°,波段范围内焦距差异小于0.03 mm,且宽光谱范围内成像质量良好。
宽谱段 遗传算法 等焦距 光学设计方法 broad spectrum genetic algorithm equal focal length optical design method 
光学学报
2024, 44(2): 0211003
作者单位
摘要
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
针对当前空间环境单一、红外波段探测目标虚警率高、灵敏度低等难题,提出了一种基于低温冷光学技术的双色红外光学系统设计方法。光学系统前置光路采用共口径式结构,通过分光平板进行谱段分光,然后采用中继镜组二次成像的方式实现冷阑匹配,保证系统的轻小型化。另外,为了提升长波系统的探测灵敏度,对其进行了低温冷光学设计,减小系统自身辐射对探测性能的影响。系统的工作波长为3.7~4.8 μm和7.9~9.3 μm,F数为1.2,光学结构三维总尺寸为260 mm×150 mm×80 mm,中波系统畸变小于2.8%,约有82%的能量集中在探测器的一个像元内,长波系统畸变小于0.33%,约有70%的能量集中在探测器的一个像元内。该系统可对空间弱目标进行远距离探测,具有虚警率低、灵敏度高、结构紧凑等优点。
低温光学设计 红外双色波段 共口径 弱目标探测 cold optical design infrared dual-color band common aperture dim target detection 
红外与激光工程
2023, 52(12): 20230297
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学 物理学院,合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,合肥 230031
目前商品化的显微物镜的适用波段范围无法满足360~1 000 nm波段范围的相关光子光斑的测量要求。从复消色差基础理论出发,研究了复消色差玻璃组合的选择方法,得到了二级光谱校正效果较好的玻璃组合。采用全球面折射式、无穷远校正的结构型式,设计出一款放大倍率为20倍、数值孔径为0.3、工作距离为10 mm、齐焦距为60 mm、视场为0.66 mm、工作波长范围为360~1 000 nm的平场复消色差显微物镜。调制传递函数曲线在80 lp/mm处接近衍射极限,场曲校正满足平场的国际标准,其余成像指标也接近衍射极限。公差分析结果表明,该显微物镜满足设计和实际加工要求。
光学设计 显微成像 显微物镜 平场复消色差 宽光谱范围 相关光子 装调 Optical design Microscopic imaging Microscope objective Plan-apochromatic Broadband apochromatic Correlated photons Adjustment 
光子学报
2023, 52(12): 1223002
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所,合肥 230031
2 中国科学技术大学,合肥 230026
3 西安应用光学研究所,西安 710065
为满足气候监测、微光辐射计量、单光子计量等定量应用需求,设计了基于相关光子自校准的紧凑型三通道微光辐亮度计,其光谱范围为460~1 550 nm,辐亮度测量范围为1×10-9~1×10-6 W/(cm2·sr·nm)。设计时考虑整机的集成化、小型化和模块化,将8个光谱波段集成为三通道结构。其中可见光近红外波段采用自由空间耦合,短波红外波段采用多模光纤耦合方式。通过设计优化分析,微光辐亮度计的第一、二通道的聚焦光斑满足Si单光子探测器光敏面300 μm像元要求,第三通道的聚焦光斑满足多模光纤62.5 μm芯径和0.22数值孔径要求,三个通道的聚焦光斑均可被单光子探测器光敏面接收,满足设计目标,可为后续的工程化应用提供参考。
辐射定标 辐亮度计 光学设计 相关光子 微光 Radiometric calibration Radiance meter Optical design Correlated photons Low light 
光子学报
2023, 52(12): 1212002
作者单位
摘要
昆明物理研究所, 云南昆明 650223
根据连续变焦理论模型, 编制连续变焦计算程序, 求得变焦系统初始解, 建立理想光学模型, 通过选材选型及迭代优化, 实现仅由 4片红外透镜及两片平面反射镜组成的中波红外连续变焦光学系统。该系统 F#为 4、工作波段为 3.7~4.8 .m、视场变化范围为 20°×16°~2.0°×1.6°、光学零件最大口径为 71 mm、零件总重 64 g, 系统包络为 172 mm×108 mm, 系统采用两个二元衍射面用于消色差, 通过材料合理配置及主动补偿实现系统消热差设计。该中波红外连续变焦光学系统重量轻、总长短、包络小, 在-40℃~+60℃温度范围全视场成像质量良好。
光学设计 中波红外 连续变焦 消热差 optical design, MWIR, continuous zoom, athermaliza 
红外技术
2023, 45(12): 1278
作者单位
摘要
西安电子科技大学计算机科学与技术学院,陕西西安 710071
为真实模拟实弹射击场景,降低**射击训练成本,设计了一种基于铒玻璃激光器的激光射击光学系统。该系统采用两级激光扩束,将铒玻璃激光器出射光束发散角二次压缩,实现极小发散角光束出射,提升了激光射击过程的人眼安全性。铒玻璃激光器出射光束发散角为 15mrad,出射光斑直径 0.3mm,激光扩束倍率 300倍,系统出射光束发散角达 0.035 mrad。距光学系统出光口 1km位置,激光光斑直径约为 120mm,可满足千米射击训练要求,突破了常规激光射击系统百米量级的作用距离限制。设计的光学系统总长度为 364 mm,结构简单,利于工程化,应用前景广阔。
光学设计 铒玻璃激光器 扩束 激光射击 人眼安全 optical design erbium glass laser beam expanding laser shooting eye safety 
光学与光电技术
2023, 21(4): 84
作者单位
摘要
西安工业大学光电工程学院,陕西西安 710021
为了实现大像面、小投射比、高清画面要求,设计了一款折反式超短焦投影镜头。根据性能指标要求选择了反远距系统,采用缩放法获得初始结构,由出瞳位置不同视场光线与像面的高度关系,计算获得了反射镜坐标数据,拟合得到反射镜面型。采用点列图、场曲/畸变和调制传递函数(ModulationTransferFunction,MTF)曲线对像质进行了评价。最终获得了焦距为 5.45mm,投射比为 0.4的物方远心系统,在投影距离 720mm时可投射 80inch画面,清晰度为 1080p,视场角为 136°,放大倍率约为 125倍,系统点列图均方根(RootMean Square,RMS)半径小于 750μm,畸变小于 0.2%,相对照度在 96%以上,其 MTF曲线幅值在 0.54lp/mm时均大于 0.3。公差分析表明,系统设计合理,成像质量良好。相较于其他折反式超短焦投影镜头,该系统在保证成像质量的同时折射部分未使用非球面,有效降低了加工和装配难度。
超短焦投影 光学设计 折反式成像 非球面反射镜 公差分析 ultrashort focal projection optical design catadioptric imaging aspheric mirror tolerance analysis 
光学与光电技术
2023, 21(4): 75

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