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大视场长波红外光学系统混合无热化设计: 2025年; 为提高红外系统的环境适应能力,确保光学系统在-40~65℃范围内拥有较好的像质。通过将光学系统被动无热化与机械被动无热化技术各自优点结合,提出一种低成本、高质量的混合被动无热化方法,设计出一款工作波段为8~12μm、F/1焦距为45 mm,工作温度在-40~65℃的大视场长波红外光学系统。最终实现在空间频率42 lp/mm处,全视场MTF大于0.3。通过对该系统进行公差分析可知,其范围满足实际加工要求。相较于单一的无热化方式,光学系统被动无热化和机械被动无热化方法相互结合的方法可以保证像质相当情况下,降低系统的设计难度和加工难度,有助于系统小型化、轻量化。因此,混合被动无热化设计可以有效降低普通无热化镜头的设计难度、加工成本和体积。; 刘鑫王晶锦刘庆梅姜子康徐兆鹏李晓英; 关键词：光学设计大视场长波红外

环形孔径折叠成像系统的光-数联合无热化设计(封面文章·特邀): 2024年; 环形孔径折叠成像系统通过光路折叠可以实现光学系统的小型化。然而环形孔径折叠成像系统由于仅使用一块基底材料,且没有补偿镜,无法通过光学被动无热化实现宽温度范围的高质量成像。为了减小温度对成像质量影响的同时简化光学系统结构,引入波前编码的方法来设计光-数联合的环形孔径折叠成像系统。文中研究了光-数联合的环形孔径折叠成像系统设计原理,推导了遮拦比与相位掩膜板参数的关系,以实现离焦一致性。在图像解码部分,文中研究了不同权重下的点扩散函数(PSF)的图像复原效果,通过模拟退火算法构建了合成PSF模型。根据理论分析设计了光-数联合的环形孔径折叠成像系统,焦距为70 mm,系统总长为25 mm,F数为1,全视场8°。在−40~60℃范围内,高温和低温下的峰值信噪比(PSNR)比其他方法分别提高了4.7090 dB和5.0442 dB,实现了单一滤波器的图像复原。文中研究在简化红外成像光学系统的同时,采用光-数联合的方法克服了环形孔径折叠成像系统的温度限制,为宽温度范围红外系统小型化提供了新的思路。; 马德超朴明旭谢亚峰赵渊明牛群张承然王喆张博; 关键词：无热化

非制冷长波红外连续变焦光学系统的一种无热化设计被引量：1: 2024年; 为了满足长波红外(LWIR)热像仪在宽温度范围下连续变焦的需求,基于LWIR 320 pixel×320 pixel型红外探测器,设计了一款非制冷长波红外连续变焦光学系统。该系统可在宽温度范围下实现无热化,采用常见的硫系玻璃,工作波段为8~12μm,总长为200 mm,仅由7片透镜组成。通过引入偶次非球面,可以使系统色差和轴外像差得到良好的校正,同时选用后固定组的最后一片透镜充当温度补偿组来调节焦距实现无热化。分析结果表明,该系统结构紧凑,可以在-40~60℃温度范围内和60~180 mm焦距范围内连续平滑变焦,并且全程成像质量良好(调制传递函数在20 lp/mm处均大于0.3),变焦和公差也具有良好的可实现性。; 唐玉凤毛珊宋逸辰赖涛袁沛琦丁骁炜赵建林; 关键词：光学设计长波红外

制冷型折衍混合双波段红外光学系统无热化设计被引量：4: 2023年; 基于衍射元件的特殊成像性质,使用双层衍射元件进行双波段红外光学系统设计已成为研究热点。使用双层衍射元件能够有效提升宽波段的衍射效率,在简化系统结构的基础上提高像质。将红外成像系统设计为制冷型结构,能够消除背景噪声干扰,保证100%的冷光阑效率。基于带宽积分平均衍射效率最大化方法,设计了一款含有双层衍射元件的制冷型双波段红外光学成像系统,实现了在双波段红外和宽温度范围下的无热化设计。光学系统含有三片透镜,仅由两种材料组成,入瞳直径为80 mm,焦距为100 mm,F数为1.25,有效视场为6°,工作波段为3.7~4.8μm和8.0~12.0μm,工作环境温度为-40~60℃。分析结果表明,在整个温度范围内,在17 lp/mm截止频率处,双波段红外光学系统所有视场的调制传递函数分别高于0.78和0.59,同时双层衍射元件在红外双波段的带宽积分平均衍射效率分别为99.35%和98.73%,综合带宽积分平均衍射效率为99.04%。此光学系统的结构设计简单,成像质量好,在军事和商业应用中具有一定优势。; 聂怀乐毛珊赵建林; 关键词：光学设计衍射元件双波段红外衍射效率无热化

光机热集成仿真在光学系统无热化设计中的应用研究被引量：4: 2023年; 温度变化时,光学镜片参数的变化使得光学系统产生离焦,无热化设计就是为了补偿温度变化的影响,使得像面与探测器位置相匹配。常规的无热化设计主要考虑了温度对折射率的影响,而对于光机结构变形对光学元件位置、角偏、面型造成的影响考虑不足。完整分析了温度对光学系统的影响,较为全面地考虑了光学、结构的热效应,研究了基于光机热集成仿真技术的光学系统无热化设计方法,以一个卡式光学系统的被动无热化设计为例说明了该方法的有效性。; 宫晓峰刘健陈建发王建龙黄庆; 关键词：无热化设计

基于硅锗材料低成本中波红外光学系统无热化设计被引量：1: 2023年; 为实现中波制冷红外导引头的低成本、无热化设计,采用两轴框架式总体布局方式,基于硅锗光学材料,利用一次成像3片式光学结构(Si-Ge-Si),选用斯特林制冷型面阵规模640×512像素尺寸为15μm的中波红外探测器作为接收器件,设计一种高分辨率低成本中波制冷红外成像制导光学系统,并实现了宽温范围内的无热化设计。设计结果表明,光学系统焦距为55 mm,视场大小为10°×8°,在33 lp/mm处,轴上0视场的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)不低于0.6,轴外0.7视场传递函数不低于0.40,畸变小于1%,冷光阑效率100%。同时,结合整流罩进行针对性优化设计,系统冷反射现象基本消除,在-40℃~+70℃温度范围内具有良好的成像效果。光学系统结构简单,易加工装校,良品率高。经实测样机,光学系统成像质量优良,各项性能指标满足技术指标要求。; 贺磊王仁浩侯彬司红利杨克君胡海力; 关键词：无热化中波红外高分辨率

用于森林防火的大面阵中波红外系统无热化设计: 2022年; 森林防火的关键是通过火灾实时监测系统有效预测森林各区域的火灾风险。通过分析无人机在森林防火中的应用,提出了一种基于无人机的森林火灾实时监测中波红外相机系统。该系统的焦距为75 mm,工作波段为3.7~4.8μm,F数为2.0,可匹配像元尺寸为12μm×12μm的1280×1024元制冷型中波红外焦平面阵列探测器。在光学设计中采用3种红外光学材料(硅、硒化锌和锗)的组合,并引入3个偶次非球面。通过优化设计实现了光学被动无热化功能。设计结果表明,在-60~100℃温度范围内,空间频率41.7 lp/mm处各视场的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)均大于或接近0.4,成像质量良好。这种中波红外系统的成像质量与分辨率高,视场范围大,具有宽温度范围的自适应性,结构紧凑且易装调,在森林防火领域有着广泛的应用前景。; 陈潇王红玉; 关键词：中波红外森林防火

长波红外光学系统混合被动无热化设计被引量：5: 2021年; 结合光学被动无热化和机械被动无热化各自优势,提出一种低成本、高质量混合被动无热化方法。针对焦距75 mm,F/1的无热化镜头研制要求,分别利用光学被动无热化和混合被动无热化设计实现。对比发现,相较于传统的机械被动式无热化,混合无热化可减小补偿结构的体积和复杂性,从而有助于系统的小型化、轻量化;相较于光学被动无热化,在保证成像质量相当的情况下,可减小系统的体积和加工难度。从而证实,利用混合被动无热化技术可实现低成本、高质量的长波无热化镜头设计。; 周晓斌张衡文江华吴妍刘召庆张向明金明鑫; 关键词：光学设计长波红外

制冷型中波红外光学系统无热化设计被引量：9: 2021年; 温度变化会对光学系统的成像质量产生影响,这种影响在红外波段尤其明显。分析了光学系统材料折射率、介质面型等参数受温度影响产生的变化,根据光学被动式无热化原理,设计了一个波段为3~5μm,焦距30 mm,F#=4的中波红外光学系统,探测器为制冷型探测器,像元数640 pixel×512 pixel、像元大小15μm。系统共4片透镜,采用了两种常见的中波红外材料硅和锗满足了像差和热差的要求,在-30~+60℃的工作温度范围之内像质良好,满足制冷型中波红外系统的设计需求。; 朱广亮杨林刘灿; 关键词：光学设计中波红外无热化像质

基于硫系玻璃的紧凑式大相对孔径长波红外光学系统无热化设计被引量：5: 2021年; 硫系玻璃作为光学晶体的替代材料得到广泛关注,其具有光谱透过率高、热稳定性好、适合模压成型、价格便宜等特点。基于硫系玻璃的温度特性以及光学被动消热差理论,设计了工作波段为8μm~12μm、F#为1、视场角为38°、系统总长为16.7 mm红外消热差光学系统。系统采用三分离式结构,使用IRG202和IRG206两种硫系玻璃材料,仅引入2个偶次非球面,未使用衍射面,具有结构紧凑、成本低、光通量高等优点。系统适配像元数为384×288的非制冷型红外面阵探测器,像元大小为17μm。设计的镜头在-40℃~60℃温度范围内,各视场调制传递函数在奈奎斯特频率处均大于0.4,光学系统成像性能稳定。该系统可广泛应用于车载夜视和安防监控领域中。; 张继艳林海峰黄章超; 关键词：光学设计红外光学系统无热化硫系玻璃

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