摘要：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。

摘要：环形孔径光学系统采用单一光学元件实现高质量成像,提高了系统集成度。由于环形孔径光学系统的多环带反射面紧密排列在同一基底材料表面,杂散光线在各环带反射镜之间相互串扰,严重影响成像质量。针对单片式环形孔径成像系统,提出了一种杂散光抑制方法,通过环形孔径系统杂散光分析选定特征离轴角度,并根据特征离轴角度推导了遮光罩尺寸的表达式。对离轴角为5°~85°范围内的杂散光进行光线追迹,分析了点源透过率(PST)曲线。当红外波段离轴角小于15°时,环形孔径成像系统遮光罩使PST值降低了两个数量级,而当离轴角大于15°时,杂散光PST值降低了2~4个数量级。结果表明,在实现成像系统小型化特点的前提下,设计的遮光罩结构使环形孔径成像系统具备杂散光抑制能力。

摘要：文章提出了一种针对单片式环形孔径成像系统的杂散光抑制结构,根据系统杂散光分析设计了消杂光结构,推导了遮光罩几何公式。在仿真软件中对离轴角为0°~90°范围内的杂散光进行光线追迹,并绘制了点源透过率(PST)曲线。当红外波段离轴角小于15°时,杂散光PST值降低了2数量级,而当离轴角大于15°时,杂散光PST值降低了2至4数量级。结果表明,在实现小型化特点的前提下,文中设计的遮光罩结构使环形孔径系统具有良好的杂散光抑制能力。

摘要：为了实现激光/红外双模导引头成像系统的小型化,简化光学系统结构,设计了四次反射的双模共光路环形孔径超薄成像系统,研究了该系统的分光路设计原理,给出了遮拦比与视场角的关系,实现了仅有单一光学元件的长波红外7.7~9.5μm和激光1.064μm双模导引头成像系统。双模环形孔径系统在长波红外波段的焦距为70 mm、等效F数为1.3、全视场为8°、空间频率为41.7 lp/mm时各视场MTF值均大于0.136。双模环形孔径系统在激光波长的焦距为53.8 mm、等效F数为1、全视场为10°、全视场范围内的光斑分布均匀。在环境温度范围为-40~80℃时,长波红外波段各视场MTF值均大于0.13,激光波长的弥散斑形状和能量分布基本不变,实现了光学被动无热化。通过公差分析可知双模环形孔径系统具备可加工性。

摘要：为了解决离轴虚像系统中像散对清晰度的影响问题,提出了一种在全视场范围内消像散的反射面设计思路,并给出了基于微分方程的消像散反射面的设计算法。设计的消像散面型可以有效地校正系统各视场的像散,减小弥散斑尺寸。将消像散面型应用在视场为60°×40°的离轴虚像系统中,各视场弥散斑半径均小于艾里斑半径。将采用消像散反射面的设计结果与相同参数下采用球面和轮胎面时进行对比,可以发现,在采用消像散反射面的设计结果中,弥散斑均方根半径和像散绝对值小于全视场范围内采用球面时的20%,且小于边缘视场内采用轮胎面时的20%。

摘要：现有扫描式机身共形光学系统均使用了动态校正器,但动态校正器的使用会造成光学系统稳定性差且光机结构复杂。为提高机身共形光学系统在实际应用中的稳定性,简化光机结构,提出了一种基于自由曲面校正器的机身共形光学系统静态校正方法。基于飞机应用,利用该校正方法设计了一个瞬时视场为3°、全扫描视场为30°的机身共形光学系统。设计结果表明:通过在倾斜的共形窗口后面加入两个倾斜的静态自由曲面校正器,可使共形窗口引入的静态像差和动态像差均得到校正,整个共形光学系统在各扫描视场位置的成像质量均接近衍射极限。同时,相比于动态校正器,静态自由曲面校正器的使用提升了该系统的稳定性,简化了系统的光机结构。

摘要：头盔显示器作为头戴式的目视光学系统,具有小型化、轻量化的结构特点,系统要求合理的出瞳直径,出瞳距离及视场,以满足使用者良好的佩戴舒适度。采用离轴反射式的结构,应用Zernike多项式自由曲面反射镜,有针对性地选取Zernike系数,校正离轴结构引入的非对称像差,无偏心无倾斜地设计中继透镜组以减小装配难度,并且阐述了基于自由曲面校正离轴光学系统像差的矢量像差原理以及该光学系统的设计过程与方法。基于以上方法,设计了一个出瞳直径为8mm,出瞳距离为36mm,视场为40°×30°,全视场调制传递函数（MTF）值大于0.5的小型化头盔显示器,系统尺寸80mm×92mm,结构紧凑,重心位置适当,可以内嵌入在头盔侧面,可应用于新一代眼镜式虚拟现实头盔显示系统。

摘要：基于多层衍射光学元件的位相延迟表达式,提出了单点金刚石车削影响下的多层衍射光学元件衍射效率和带宽积分平均衍射效率的数学模型,并给出了相应的分析表达式.以基底材料分别是硒化锌和硫化锌构成的多层衍射光学元件在近红外波段(1.4~2.5m)的应用为例进行分析.结果表明表面粗糙度会导致多层衍射光学元件衍射效率和带宽积分平均衍射效率的明显降低,从而降低了混合成像光学系统的成像质量.因此,单点金刚石车削衍射元件时,要根据使用需求制定合理的表面粗糙度加工误差.

摘要：文章设计了一个环形孔径折叠型超薄相机的光学镜头。相机镜头的焦距为20 mm,视场为16°,等效入瞳直径为15 mm。设计的相机镜头具有较好的成像质量,其全视场调制传递函数(MTF)在奈奎斯特空间频率处达到0.4以上。整个相机仅采用了一个光学元件,光学结构占用的空间极小,总长为8.15 mm,仅为同性能的传统镜头的三分之一。