摘要：为了满足多种复杂环境的使用需求,红外光学系统需要适应较大的工作温度范围。介绍了一种三分离式消色差消热差制冷型中红外物镜的设计方法。改进了三分离式结构物镜的孔径光阑位置,使物镜实现100%冷光阑效率,同时将这种结构与消热差模型相结合,推导出三分离式消热差物镜的初始光焦度分配关系,并给出透镜材料的组合原则。利用该方法设计了工作波段为3~5μm,焦距为88 mm,相对孔径为1:2的红外物镜,各视场弥散斑半径均小于5μm,调制传递函数MTF达到0.75@17 lp/mm,获得了很好的成像质量。该物镜在-20℃^+70℃温度范围内保持焦距、像面和像质很好的稳定,验证了三分离式消热差光学系统的设计方法。

摘要：针对光机扫描式超大幅宽对地观测面临的地面成像畸变导致的分辨率随扫描视场增大而急剧降低的问题,提出了一种变焦距摆扫配合可调狭缝光阑成像的方法,推导了其在超大幅宽成像过程中需满足的变焦扫描与光阑控制关系式.理论分析表明:当系统光轴倾斜角度和狭缝大小与瞬时焦距满足对应关系时,可有效消除地面成像畸变,解决边缘分辨率急剧降低的问题,实现大幅宽扫描成像过程中地面分辨率始终与星下点分辨率保持一致.此外,设计了一套变焦摆扫成像系统,分析证明了该方法具有较大可行性,这对未来超大幅宽、高分辨率对地成像观测具有重要指导意义.

摘要：覆盖"日盲"紫外到近紫外波段的光学材料少,增加了小F数、大视场宽谱段紫外高光谱成像仪设计的难点。本文仅采用熔融石英和氟化镁两种材料,设计了一套宽谱段紫外高光谱成像仪,光谱范围为250~400 nm,焦距15 mm,F数3.2,视场31?。系统实现了模块化设计,前置成像镜头和后接光谱仪可独立成像。为保证对接后高光谱成像仪具有较好的像质,紫外镜头采用像方远心设计;光谱仪采用Offner结构,且反射镜实现了一体化设计,由两个元件组成,可实现同轴安装,极大降低了装调难度。对接后紫外高光谱成像仪像质较好,系统结构紧凑,外形尺寸仅有128 mm×60 mm×60mm,实现了系统轻小型化设计。

摘要：为了适应单兵平台的作战需求,针对目前透射式狙击步枪瞄准镜存在成像质量较差和出瞳距离过短等问题,设计一款高精度成像的狙击步枪瞄准镜。根据系统的设计指标对物镜组和目镜组进行指标分解以及光焦度计算,使用ZEMAX软件设计具有高精度成像质量和长出瞳距离的瞄准镜光路。瞄准镜的物镜组和目镜组均采用远心光路,系统的放大倍率为10×,入瞳直径为50 mm,出瞳直径为5 mm,视场角为2.2°,出瞳距离为87.89 mm,机械筒长为403.76 mm。设计结果表明,物镜组和目镜组的成像质量均达到优良,对接后的整体光路在奈奎斯特频率为16.67 lp/mm处的调制传递函数值大于0.85,满足军用狙击步枪瞄准镜的使用要求。

摘要：为消除长波红外相机在轨扫描成像的地面畸变,研究了变焦扫描成像畸变消除系统控制技术。针对变焦扫描控制的多电机位置同步要求,提出一种高精度多电机位置同步算法。依据设计的变焦扫描成像控制原理,设定每个扫描时刻点变倍组电机和补偿组电机的同步位置。变焦控制系统实现与扫描控制系统的同步计时,根据当前位置和下一时刻的同步位置,每隔0.01s计算出电机的运行速度,实时对电机的速度进行控制。实验结果表明,变倍组和补偿组电机的位置同步偏差分别在±0.003mm、±0.002mm以内;沿轨方向地面分辨率的最大偏差不超过±0.047m。长波红外相机在连续变焦扫描控制过程中成像清晰,达到消除畸变的效果,满足变焦扫描成像的要求。

摘要：为研究热红外光学系统中深低温下多形式、窄边框透镜的支撑问题,以星载热红外高光谱成像系统为载体,采用正交设计和有限元分析相结合的方法,设计了一套透镜柔性支撑结构,解决了从常温到约70 K的大温差环境下受支撑结构影响而出现透镜面型退化和光学基准不稳定的难题。试验表明,在多形式、窄边框透镜柔性支撑的设计分析中,柔性块的宽度决定了支撑结构与透镜间的应力大小。进行了力学振动试验验证及真空低温试验测试,结果表明,力学振动试验后带有柔性支撑环的光学系统仍可稳定可靠地工作在约70 K的环境中,且光学系统调制传递函数(MTF)优于0.4,满足指标优于0.15的要求,为多形式、窄边框透镜的支撑结构设计提供了依据。

摘要：针对传统线结构光水下三维成像系统,无法同时兼顾水下颜色定标、高度定标,出现的目标色彩失真、三维高度采集精度低的问题,设计了一套集颜色定标、高度定标于一体的高精度水下目标彩色三维数据采集系统。采用视场融合原理使RGB激光形成一束长线列光源,实现目标彩色数据同步采集;颜色标定板、高度标定尺集成在定标模块,并通过伸缩支柱相连,可实现设备小型化;成像设备可在旋转电机控制下,实现0°,90°,270°三个方向数据采集,180°方向颜色、高度现场标定;具有实现容易、操作简单、同步定标、平台适应性强的优势,这将对高颜色保真度、高测量精度水下目标三维立体探测的发展具有重要推动作用。

摘要：龙首矿采矿方法为下向六角形进路式胶结充填采矿法,“低进尺、多循环”是多年来龙首矿进路回采的主要特征,爆破效率低。本文在对龙首矿岩体的可凿性和爆破性分级的基础上,设计了进路爆破掏槽方式,应用断裂力学理论确定了崩落孔和周边孔的布孔参数,采用大直径空孔直线掏槽全断面一次性崩矿方案。实践证明,在炸药单耗不增大的情况下,使六角形进路爆破的炮孔利用率达90%以上,单炮崩矿量平均达120t,爆破效率平均提高20%以上。

摘要：通过自主设计的透镜焦距测量实验装置以最简单、直观的方式阐述了光的折射原理。该实验设计以光学基本原理为切入,循序渐进地引导学生从科学角度全面系统地认识透镜,明确透镜介质与其所处环境介质折射率的内在联系,抓住问题本质,设计出一种透镜焦距连续可调的新方法。

摘要：针对液体折射率测量实验提出一种全新的教学思路,能够让学生系统地体验现象观察、模型建立、实验装置设计及结构优化、软件编程及数据自动化处理等科学探索的全过程。实验内容既包含全反射光学原理,又涉及CMOS图像传感器、MatLab编程技术,力求用科技手段改造原有的实验教学。通过近四年的教学实践,该实验设计有效地改善了教学效果,对学生综合素养的培养大有裨益。