曹一青 1,2,*
作者单位
摘要
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 geometrical optics optical system design four-reflective mirrors three-gear zoom mechanical compensation long focal length 
激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1908001
作者单位
摘要
1 山东大学 能源与动力工程学院,山东 济南 250061
2 光学辐射重点实验室,北京 100854
金属颗粒掺杂型复合涂层是重要的航天器热控材料,除了粒子材料、尺寸、体积分数、几何形貌、涂层厚度等常规调控手段,颗粒的取向也是影响涂层辐射特性的重要因素。颗粒取向可以通过改变工艺参数或使用定向剂控制,然而目前关于颗粒整体取向对涂层吸收发射比的影响规律尚不清晰,而且现有的采用二流法的研究中大多都将散射假定为各向同性。以热控涂层中常用的大尺寸铝片粒子掺杂型复合涂层为计算模型,采用考虑衍射的几何光学方法和考虑各向异性散射的二流法研究了铝片取向角对热控涂层吸收发射比的调控规律,同时考虑了铝片体积分数和涂层厚度等因素。结果表明:通过调节粒子取向可实现涂层吸收发射比在0.48~1.69范围内的调控。涂层平均吸收率和平均发射率在铝片取向角超过45°时明显增大。涂层吸收发射比在铝片取向角45°附近最小,并且随铝片体积分数的增大而减小。研究表明:通过控制粒子的整体取向可有效实现吸收发射比的调控,为热控涂层的设计和调控提供了新的思路。
热控涂层 铝片取向角 几何光学 各向异性散射 二流法 吸收发射比 thermal control coating aluminum flake orientation geometrical optics anisotropic scattering two-flux theory ratio of absorptivity to emissivity 
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220532
杨光 1,*段明辉 1惠越 1刘铠 2[ ... ]黄志鹏 2
作者单位
摘要
1 集美大学 海洋装备与机械工程学院,福建 厦门 361021
2 福建夜光达科技股份有限公司,福建 泉州 362200
微棱镜型反光膜要求有一定的观测角,而正角锥反光膜存在大观测角亮度低的问题。解决该问题较为有效的方法是改变角锥棱镜的二面角偏差,同时叠加微透镜的结构。基于几何光学原理,理论分析了二面角偏差和透镜曲率半径对发散角的影响。针对不同角锥棱镜叠加微透镜组合结构,利用光学仿真软件,分析了微透镜的曲率半径和二面角偏差对光线发散性的影响。结果表明,随着二面角偏差的增大,偏转角线性增加;微透镜的曲率半径越小,发散角越大;使用微透镜叠加二面角偏差的角锥棱镜能实现光线非均匀发散,尤其是凹透镜+负二面角偏差角锥棱镜,或者凸透镜+正二面角偏差角锥棱镜的组合方式,可以实现光线从中心到外部连续的的非均匀发散。该研究结果可用于微棱镜反光膜的结构设计和优化。
几何光学 发散性能 仿真分析 反光膜 组合结构 微透镜 角锥 Geometrical optics Divergent performance Simulation analysis Reflective film Composite structure Microlenses Pyramid 
光子学报
2022, 51(6): 0622004
作者单位
摘要
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
反射光学系统具有无色差、结构紧凑、体积小和成像性能优良等特点, 被广泛应用于空间遥感探测领域。首先, 基于同轴四反光学系统像差表达式, 构建了以系统均方根波像差为条件的成像评价目标函数; 进而应用开发的自适应变异概率遗传算法求解该目标函数, 得到一组合适的同轴四反光学系统初始结构参数解; 随后, 在上述系统结构基础上对其进行适当离轴消除系统中心遮拦, 并将四块光学面设定为偶次非球面, 应用光学设计软件 Zemax 对其进行像差优化。最终设计了一款焦距为 800 mm、工作波段为 0.4~1.6 μm、全视场角为 1°、入瞳直径为 80 mm 的成像质量良好的离轴四反光学系统。结果表明, 该方法为设计此类离轴光学系统提供了一种有效手段, 具有很强的实际应用价值。
几何光学 离轴四反 初始结构 改进遗传算法 双波段 geometrical optics off-axis four-mirror reflective initial structure improved genetic algorithm dual-band 
量子电子学报
2022, 39(3): 324
作者单位
摘要
1 集美大学海洋装备与机械工程学院,福建 厦门 361021
2 福建夜光达科技股份有限公司,福建 泉州 362200
微棱镜型反光膜存在着有效入射角范围小(广角性)和不同方位角的逆反射效率相差大(方向各异性)的问题,解决上述问题较为简单的方法是改变角锥(CCR)单元倾斜角和采用拼接结构。基于几何光学原理,使用光线追踪软件计算了不同结构的CCR阵列。基于微棱镜反光膜的逆反射原理,分析了CCR单元的倾斜角度、入射光角度和拼接结构对逆反射效率的影响。结果表明,当使用倾斜CCR阵列时,方位角0°方向的逆反射效率提高了20个百分点以上。采用不同倾斜角拼接结构后,不同方向逆反射效率的最大偏差降低了10%以上。将CCR阵列倾斜角的仿真结果与反光膜的亮度测试结果进行对比,发现逆反射效率的变化趋势一致,证实了仿真模型的可靠性。以上研究结果可用于微棱镜反光膜的结构设计和优化。
几何光学 角锥阵列 逆反射效率 倾斜角 拼接结构 geometrical optics cube-corner reflector array retroreflection efficiency inclination angle splicing structure 
激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1308002
邵云 *
作者单位
摘要
南京晓庄学院电子工程学院,江苏 南京 211171
首先指出凸透镜的实际厚度是一个不容被忽视的问题,然后逐步推导出空气中双凸对称厚透镜在傍轴情形下的物像关系及焦距,通过举例和作图,揭示出厚、薄两种凸透镜理论在焦距和像距上的具体差异,并分析出其中的一些规律性。通过取近似,推导出较薄凸透镜焦距及理想薄凸透镜焦距误差的近似表达式,指出后者与焦距近似无关。此外还推得“物焦比”大于2时较薄凸透镜像距和理想薄凸透镜像距的近似表达式,发现其间误差也与焦距无关,而仅与透镜的厚度、折射率及“物焦比”有关。最后指出,取“物焦比”大于2的原因在于物距处在2倍焦距以内时不便于取近似,而将凸透镜分为厚凸透镜、理想薄凸透镜、较薄凸透镜这3种类别的原因则在于严格区分。
几何光学 双凸对称厚透镜 理想薄凸透镜 较薄凸透镜 误差 geometrical optics biconvex symmetric thick lens ideal thin convex lens thin convex lens error 
激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1308001
宋强 1,2,3孙晓兵 1,3,4,*刘晓 1,3,4提汝芳 1,3黄红莲 1,3,4
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, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
4 合肥市农业行业首席专家工作室, 安徽 合肥230031
利用光学成像仪器进行水下资源勘测时,成像质量常因水中气泡干扰而降低。研究水中气泡环境辐射传输特性并分析其对光学仪器成像的干扰,对提升水下成像抗干扰能力具有重要指导意义。首先构建水中单气泡成像环境,模拟光在单气泡传输过程中辐射强度和偏振状态的变化趋势,得出单气泡界面处的传输相位函数;在此基础上,通过增加气泡数量,模拟水中多气泡成像环境下光的辐射强度和偏振状态随气泡分布的变化情况;最后基于几何光学近似理论进行蒙特卡洛模拟,仿真并得出不同气泡半径大小、不同光线传输路径尺度对光线在气泡群中前向和后向传输的影响。气泡理论分析、仿真计算和实测实验表明:光在气泡界面处产生的偏振态变化与观测几何具有强关联,当入射角较小时,光的穿透性较强,辐射强度衰减缓慢;随着传输距离路径增加,前向传输和后向传输的偏振度呈现相反的变化趋势;理论、仿真和实验结果三者基本保持一致。该研究可以为水下复杂环境目标偏振成像领域提供一定的参考。
几何光学 单气泡 多气泡 蒙特卡洛 偏振度 geometrical optics single bubble bubble group Monte Carlo degree of polarization 
光学学报
2022, 42(12): 1210001
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室, 陕西 西安710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对自由曲面光学系统设计中初始结构难以取得的问题,提出了一种自由曲面光学系统的直接构建方法。将理想物像关系和费马原理作为单模块迭代的判据,利用逐点光线追迹的方式可直接从平面无光焦度光学系统中获得具有良好优化潜力的初始结构。在迭代的不同阶段,可通过采样疏密不同的特征光线的方式加快初始结构求解速度。在得到初始光学结构后,可利用光学设计软件进一步优化像质。利用所提方法实现了空间尺寸小于40 mm×70 mm×60 mm的紧凑型150 mm焦距离轴两反光学系统的设计,验证了所提方法在自由曲面光学系统设计中的可行性。
光学设计 几何光学 离轴两反系统 光学自由曲面 optical design geometrical optics off-axis two-mirror system optical freeform surface 
光学学报
2021, 41(24): 2422002
作者单位
摘要
1 上海健康医学院 发展规划处,上海 201318
2 上海大学 精密机械工程系,上海 200444
采用矩阵光学理论分析三组元可调光焦度器件的变焦系统的一阶属性,得到了基于系统放大率的光焦度控制方程。结合三组元系统初始参数并以系统球差最小为目标,对其进行了初始结构设计,得到了透镜形状参数的控制函数,然后进行光焦度和像质评价验证计算,最后对设计实例进行了归化对比验证。验证结果表明:对球差最小优化值的求解可信,设计方法为采用可调光焦度器件设计变焦系统提供了参考。
可调光焦度器件 变焦 光学系统 几何光学 variable focal power devices zoom optical system geometrical optics 
应用光学
2021, 42(6): 1127
作者单位
摘要
杭州电子科技大学电子信息学院, 浙江省装备电子研究重点实验室, 浙江 杭州 310018
红外增强是提升红外成像质量、凸显目标信息的有效手段之一。利用在局部窗口内计算视觉显著图来帮助实现红外图像的增强。利用局部空间区域内的中心-周围像素灰度加权距离法衡量显著性,由此获取显著图来表征模拟人眼以赋予不同像素区域的权重; 结合视觉显著图的提取,在此基础上实现红外图像的增强; 选取几组红外图像进行实验,结合主客观评价对多种增强方法进行评估。实验结果表明,与其他方法相比,所提方法的结果具有更好地视觉效果,能凸显图像细节即目标信息,能有效实现目标与背景的对比增强。
几何光学(成像光学) 图像增强 视觉显著 目标区域 图像质量评价 geometrical optics (imaging optics) image enhancement visual saliency target area image quality evaluation 
光学技术
2021, 47(5): 601

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