作者单位
摘要
1 中国科学院 光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 101408
自由曲面具有良好的像差矫正能力,但没有足够的初始结构供设计者参考,因此研究自由曲面初始结构的设计方法是有意义的. 通常初始结构设计方法为大量点和光线的追迹或数值求解微分方程组,运算量大且复杂。文章从光学系统对光波变换的角度出发,推导自由曲面解析表达式,并设计一款工作波段较宽,相对口径较大的离轴红外光学系统,工作波段3~12μm,焦距300mm,F/2.5,视场角2.04°×2.56°,像质接近衍射极限且100%冷光阑效率,全视场波像差RMS值平均为0.059λ@3.67μm.
自由曲面 光学设计 初始结构 波动光学 freeform surface optical design initial structure wave optics 
光学技术
2023, 49(3): 276
作者单位
摘要
昆明物理研究所, 云南昆明 650223
鱼眼镜头优势在于拥有极大的视场, 可以捕获更多信息。如今鱼眼镜头在安保安防、摄影、航空航天等方面得到广泛应用, 尤其在**和**中的地位不可替代。本文首先概括了鱼眼镜头的成像原理和发展历程, 分析了现代鱼眼镜头初始结构设计中的光线溢出以及与镜面无交点等常见的关键问题和已有的思路, 介绍了现代鱼眼镜头的应用和发展趋势, 最后讨论了鱼眼镜头目前发展中存在的一些设计瓶颈以及鱼眼镜头未来的发展方向。
鱼眼镜头 光线溢出 初始结构 fisheye lens, overflow of light, initial structure 
红外技术
2023, 45(4): 342
周丽军 1,2杨通 1,2,*高丽娜 1,2程德文 1,2王涌天 1,2
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
将自由曲面离轴反射系统的曲面加工在同一个基底上实现了多面共体制造,可以有效降低装调难度,进而提升系统的稳定性。提出了一种有柱形轮廓的多面共体自由曲面离轴三反成像系统的设计方法,基于共焦离轴二次曲面实时生成满足离轴共体系统结构和初阶参数要求的初始结构。提出了一种基于曲面采样点位置约束的自由曲面优化方法来控制系统整体外轮廓的形状与大小,使系统的曲面易于实现共体加工。基于光线追迹信息控制系统的焦距,并抑制光线遮拦和光瞳像差。采用Q2D多项式自由曲面进行系统优化,降低曲面检测难度。最终设计了一款高像质、低畸变、易于共体加工的自由曲面离轴三反热成像系统,并根据自由曲面面形特点对该系统进行了公差分析。
光学设计 应用光学 自由曲面 多面共体 离轴三反系统 初始结构 optical design applied optics freeform surface multisurface-integrated off-axis three-mirror system initial structure 
光学学报
2023, 43(8): 0822021
史浩东 1何春风 1,2,*王稼禹 1,2杨帅 1,2[ ... ]付强 1
作者单位
摘要
1 长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室,吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
针对传统透射式光学系统初始结构优化设计效率低、结构选取过度依赖经验等问题,提出了一种基于深度学习的透射式光学系统初始结构自动优化设计方法。通过监督训练学习公开光学镜头库中参考镜头的结构特征数据,构建基于光线追迹的无监督训练模型,提升深度神经网络(DNN)模型的泛化能力。通过训练生成的网络模型输出包含真实玻璃的光学系统的结构参数,从而实现透射式光学系统初始结构的自动优化设计。设计结果表明:利用该网络模型优化设计的光学系统初始结构在全视场、全谱段下的像面点斑半径与参考镜头接近,并且能够根据不同焦距要求分别设计出光学系统初始结构;所设计的1×106组初始结构的成功率优于96.403%,表明所提网络模型具有良好的泛化能力。
光学设计 深度学习 自动优化 初始结构 光线追迹 optical design deep learning automatic optimization initial structure ray tracing 
光学学报
2023, 43(1): 0122002
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
北京敏视达雷达有限公司,北京 100094
在激光通信和成像系统中,卡塞格林形式的光学天线不论作为激光信号收发装置还是光学成像装置,像差的存在必然会降低其信号强度和成像质量等性能。通过分析三级像差理论和光学天线微扰理论,依据天线增益因子与遮挡比之间的关系,提出一种方便快捷求解卡塞格林式光学天线结构的方法。此方法在考虑光学天线效率的同时,也可以满足光学系统设计的体积尺寸、像差的要求,在仅知道光学系统焦距、主次镜间距和遮挡比的情况下,可以快捷求出光学天线结构参数。不但给出了四类卡塞格林式光学天线的光学结构参数计算公式,并且结合实际使用对不同的适用场合进行说明及优缺点对比。通过四种典型光学天线的实例计算结果和最优结果比对,表明此方法是一种方便快捷精准求解卡塞格林式的光学天线结构的方法,在工程上具实际指导意义。
激光通信 遮挡比 卡塞格林天线 初始结构求解方法 laser communication occlusion ratio Cassegrain antenna solving method of initial structure 
红外与激光工程
2022, 51(3): 20210173
作者单位
摘要
1 长春理工大学 光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术研究所,吉林 长春 130022
为了快速得到双焦光学系统初始结构,依据近轴光学理论设计一款双焦、双视场光学系统。通过高斯光学理论及物像交换原则求解光学系统近轴光学元件的初始位置,分组将标准透镜插入到求解位置上,通过逐步增大近轴元件的焦距优化镜组及镜片间隔,使插入的透镜组焦距趋向该近轴元件焦距的理论计算值。以此类推完成每个镜组的优化设计。通过该方法设计了焦距为40/120 mm、视场为8.6°/2.9°的光学系统,所有镜片均为球面。在奈奎斯特频率100 lp/mm处,120 mm焦距时调制传递函数为0.58,接近衍射极限;40 mm焦距时调制传递函数为0.52。设计结果表明该方法适用于双视场光学系统,可快速得到光学系统初始结构,简化了设计难度。
应用光学 双焦光学系统 物像交换原则 初始结构求解 applied optics bifocal optical system principle of object-image exchange solve of initial structure 
红外与激光工程
2021, 50(6): 20200523
作者单位
摘要
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
本文根据像差理论,开发了一种计算次镜外反射的Offner型自由曲面棱镜光谱仪初始结构的算法。通过光线追迹获得光线在次镜外反射Offner型光谱仪各光学表面传播的公式,该公式可以确定光学元件的结构参数。应用轴外细光束像散理论分析系统产生的像散,并设定合理阈值作为结构算法的判断依据。在Matlab中迭代优化出符合设计要求的初始结构,使用Zemax软件对获得的初始结构进行优化。为验证算法效果,本文设计了光谱范围为380~780 nm,数值孔径为0.15,光谱分辨率为6 nm的自由曲面棱镜光谱仪的初始结构。在Zemax中完成优化后系统可达到设计指标且谱线弯曲和色畸变均优于0.1 pixels。设计结果表明采用本文算法可以快速计算出符合要求的初始结构,大大简化了后续优化的复杂程度。
自由曲面棱镜 光线追迹 消像散 初始结构 光学设计 freeform curved prism ray tracing anastigmatism initial structure optical design 
中国光学
2020, 13(4): 842
作者单位
摘要
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应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
3 战略支援部队航天系统部装备项目管理中心, 北京 100053
基于单色像差理论,确定同轴三反光学系统的初始结构参数,通过二次曲面系数为0的偶次非球面的高次项之间的平衡,校正离轴系统引起的非对称性像差,同时结合DMD(数字微镜器件)目标生成器,设计出一款采用离轴三反光学系统的平行光管,为坦克承载的被测光电设备提供室内模拟目标。本光学系统的设计指标是工作波段为0.2~1.2μm,有效焦距为3000mm,全视场为2°,F数为8。结果表明,系统各视场的波像差均优于λ/34(主波长λ=0.6328μm),传递函数MTF均优于0.71@36.5lp/mm,接近衍射极限,成像质量好。对系统进行公差分析之后,系统的传递函数值远优于0.6@36.5lp/mm,合理的公差分配使系统加工难度降低,装调检测更加方便容易。
离轴三反光学系统 初始结构计算 偶次非球面 公差分析 off-axial three-mirror system initial structure solution even aspheric surface tolerance analysis 
光学技术
2020, 46(2): 192
作者单位
摘要
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳, 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳, 471000
离轴反射光学系统克服了传统折射系统的材料限制,具有大口径、小体积、轻量化、无色差等优点,随着自由度极高的自由曲面的大量应用,校正了离轴系统引入的非对称像差,成为了研究的热点。针对离轴三反初始结构求解复杂的问题,介绍了几种离轴反射系统的常用设计方法,从设计原理上将其归结为两类思路:一是根据像差理论先建立同轴系统的初始结构,通过对光学系统的离轴优化实现无中心遮拦;二是直接构建无中心遮拦的简单光学系统,在优化过程中利用复杂面型进行像差优化。根据两类设计原理对不同结构的光学系统进行了实例设计,优化过程和像质评价结果表明,两类设计方法都能够满足设计指标,仅优化过程不同,其构建结果几乎具有等价性。其中第一类方法在像差优化中更具优势,适用于离轴角较小的光学系统;第二类方法避免了复杂的离轴优化,适用于紧凑型光学系统。
光学设计 离轴三反 自由曲面 初始结构求解 optical design off-axis three-mirror free-form surface initial structure solution 
激光与光电子学进展
2020, 57(9): 092202

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