摘要：针对现有多波段成像系统体积大、功耗高和集成化设计困难的问题,本文提出了一种基于单传感器的三波段共口径成像光学系统的设计方法。首先,在光学系统的光阑处设计1×2多波段透镜阵列,把可见光波段和短波红外波段同时成像在一个像平面上,并把两个波段中心波长的成像位置偏差控制在一个像元内以实现双波段融合成像。然后,针对双波段成像衍射极限不同的问题,提出分通道透镜阵列的离轴偏移量和通光口径大小联合优化方法,并采用双电动光阑高速控制三个成像通道的切换速度。最后,设计了一个基于单传感器的焦距为30 mm,工作波段分别为480~900 nm、900~1700 nm和480~1700 nm的三波段共口径光学系统。设计及分析结果表明该系统具有成像质量好、结构紧凑、无运动光学元件、成像波段切换速度快等优点。

摘要：针对机械补偿式变焦光学系统难以同时实现大变倍比和轻小型设计的难题,提出了一种高倍率轻小型机械补偿式变焦光学系统的设计方法。为了降低高倍率变焦光学系统色差和球差的校正难度,对机械补偿式变焦光学系统的光焦度分配原理进行了理论分析。然后,提出采用平滑换根的“+,-,+,+”光焦度分配方式结合固定光阑口径变F数的方法,来实现大变倍比轻小型设计,并通过参数设定和光学设计软件联合解算的方法,快速有效地解算出较佳的初始结构参数。最后,使用全球面透镜设计了一款大变倍比轻小型的连续变焦光学系统,该系统的最大口径为67 mm,全长为190 mm。该变焦系统具有成像质量好、变焦曲线无拐点等优点。

摘要：目前的共心多尺度系统普遍存在子相机像面不稳定的问题,这一问题直接导致了在后续的图像拼接中易于出现图像拼接错位,严重影响系统成像质量。针对这一问题,提出了一种基于像方远心光路的方法,该方法提高了子相机像面的稳定性,为后续的图像拼接减轻了压力。首先对错位现象出现的原因进行了理论分析,从理论层面分析了引入像方远心光路对改善成像系统的作用,最终设计了成像性能优异的基于像方远心光路的共心多尺度成像系统,其焦距为60 mm,F数为3,远心度小于0.2 mrad,总视场为70°,各视场弥散斑半径小于所选探测器的像元尺寸,在奈奎斯特频率为108 lp/mm处各视场的调制传递函数均大于0.6。像方远心结构的共心多尺度成像系统可以从光学结构部分改善子相机像面不稳定的问题,从而提高后端图像拼接的拼接质量和拼接效率,为后续的共心多尺度系统设计提供了更多的思路和技术途径,具有重要的理论和实践意义。