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谐衍射红外双波段双视场光学系统设计

光学学报 2013年第11期33卷 200-204页

作者：李岩张葆洪永丰赵春蕾中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

基于谐衍射透镜成像理论和变焦系统原理，采用轴向移动式变换视场，同时引入谐衍射透镜，实现了红外谐衍射双波段双视场光学系统的设计。对设计结果进行了像质评价。设计与分析结果表明，该系统使用5片透镜在双波段实现了40~80 mm两档... 详细信息

基于谐衍射透镜成像理论和变焦系统原理，采用轴向移动式变换视场，同时引入谐衍射透镜，实现了红外谐衍射双波段双视场光学系统的设计。对设计结果进行了像质评价。设计与分析结果表明，该系统使用5片透镜在双波段实现了40~80 mm两档变焦，满足100%冷光阑效率。在3.7~4.3 μm中波红外波段，系统奈奎斯特频率处调制传递函数（MTF）值大于0.5；在8.7~11 μm长波红外波段，系统奈奎斯特频率处MTF值大于0.3。该成像系统具有双波段、高分辨率、体积小、结构简单等特点。

关键词：光学设计红外系统双波段谐衍射

光纤成像光谱仪中谱线畸变对调制传递函数的影响

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光谱学与光谱分析 2011年第10期31卷 2861-2864页

作者：程欣王晶张葆洪永丰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100049

将光纤传像束应用到色散型成像光谱仪中取代其狭缝,链接望远系统和光谱仪组成光纤成像光谱仪。它是二重采样系统,光谱仪的谱线畸变使光纤束采样像元的像与探测器像元之间产生对准偏差,从而对第二次采样过程产生影响,导致调制传递函数(M... 详细信息

将光纤传像束应用到色散型成像光谱仪中取代其狭缝,链接望远系统和光谱仪组成光纤成像光谱仪。它是二重采样系统,光谱仪的谱线畸变使光纤束采样像元的像与探测器像元之间产生对准偏差,从而对第二次采样过程产生影响,导致调制传递函数(MTF)下降。从线扩散函数角度出发推导出采样过程光学传递函数,分析了谱线畸变对系统MTF的影响,建立了一套评价光纤成像光谱仪MTF的模型。该模型比狭缝型成像光谱仪MTF计算模型多了一项光纤积分MTF因子和一项由谱线畸变引起的对准偏差MTF因子,最后用该模型评价了某机载可见近红外波段光纤成像光谱仪MTF。MTF计算模型的推导和建立方法对计算二重采样系统光学传递函数有参考意义,能指导光纤成像光谱仪的设计。

关键词：成像光谱仪调制传递函数光纤传像束谱线畸变

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拼接式光学窗口对光学系统影响的分析方法

光学学报 2015年第10期35卷 202-211页

作者：邢振冲张葆洪永丰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

高速飞行器采用拼接式光学窗口可以减小风阻和雷达波反射,但是会引起入射波前在窗口处被各个拼接玻璃分割,可能会导致光学系统调制传递函数(MTF)降质以及点扩展函数(PSF)的下降和劈裂,严重的情况下会影响系统的分辨率。因此,分析拼接式... 详细信息

高速飞行器采用拼接式光学窗口可以减小风阻和雷达波反射,但是会引起入射波前在窗口处被各个拼接玻璃分割,可能会导致光学系统调制传递函数(MTF)降质以及点扩展函数(PSF)的下降和劈裂,严重的情况下会影响系统的分辨率。因此,分析拼接式光学窗口对光学系统的影响对设计采用拼接窗口的光学系统有着重要参考价值。利用Zemax软件构建拼接窗口模型,简化拼接窗口分析过程,得出不同情况下拼接窗口波前分割后的MTF和PSF,结果表明,当被分割的入射光产生特定的光程差时会使MTF和PSF发生严重下降和劈裂,PSF发生严重劈裂的系统会使光学系统成像质量下降。拼接窗口参数的合理选择可以降低这种影响。

关键词：成像系统光学窗口调制传递函数点扩展函数

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一种小口径凸非球面补偿器的设计

中国激光 2015年第11期42卷 292-299页

作者：邢振冲张葆洪永丰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

离轴三反光学系统目前常被多谱段共口径光学系统作为共口径端,检测离轴三反光学系统中凸非球面次镜时,需要通过补偿法来实现非球面的高精度检测,因此补偿器的优化设计是关键技术之一。对于二次曲面系数较大同时背面为非透射面的小口径... 详细信息

离轴三反光学系统目前常被多谱段共口径光学系统作为共口径端,检测离轴三反光学系统中凸非球面次镜时,需要通过补偿法来实现非球面的高精度检测,因此补偿器的优化设计是关键技术之一。对于二次曲面系数较大同时背面为非透射面的小口径凸非球面,无法采用非球面透射式的补偿法进行检测,因此采用凸非球面直接作为反射面的自准直平行光补偿检验法。根据设计思路,利用Zemax软件构建初始结构并对其进行优化,这样简化了初始结构计算过程,同时能得到理想的补偿器系统结构。给出了一个口径为80 mm、二次曲面系数为-6.5,F数为5.00375的凸非球面反射镜的补偿器系统的设计过程和公差分析过程,系统工作波长为632.8 nm,均方根值为0.000015λ,公差分配后残余波像差为0.0104708λ。

关键词：检测光学设计补偿器公差分析

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连续变焦光学系统的像差自动设计

光学学报 2015年第8期35卷 262-268页

作者：马迎军张葆洪永丰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为了避免连续变焦光学系统中,各组元像差自动设计对设计者经验要求高、计算复杂且计算量大的难点,提出了一种利用差值线性方程组进行像差自动设计的方法,并用此方法设计了一套可见光波段连续变焦光学系统。利用高斯光学计算理想近轴系... 详细信息

为了避免连续变焦光学系统中,各组元像差自动设计对设计者经验要求高、计算复杂且计算量大的难点,提出了一种利用差值线性方程组进行像差自动设计的方法,并用此方法设计了一套可见光波段连续变焦光学系统。利用高斯光学计算理想近轴系统的结构参数;利用差值线性方程组进行系统像差自动设计,使系统的初级像差系数SI、SII与SIII在各焦距位置处近似相等;基于像差自动设计结果计算光学系统的初始结构参数;利用Zemax自动设计软件进行像差校正平衡。优化结果表明：系统可实现20~300 mm的连续变焦,且在截止频率50 lp/mm处,各焦距位置各视场的传递函数（MTF）均大于0.4。因此,应用差值线性方程组法进行像差自动设计,可以简化计算,减少对设计者经验的依赖,并且能够取得良好的像质。

关键词：光学设计连续变焦差值线性方程组像差自动设计可见光谱

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非均匀性校正在红外杂散辐射抑制中的应用

光学精密工程 2008年第12期16卷 2421-2428页

作者：张葆洪永丰史光辉中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

红外系统中常规的光机设计尚无法完全抑制杂散辐射,其残余的杂散辐射还可能引起图像异常。通过分析红外探测器非均匀性产生的原因,提出运用非均匀性校正的方法抑制红外杂散辐射,并给出了用两点温度标定法抑制杂散辐射的理论依据。对某... 详细信息

红外系统中常规的光机设计尚无法完全抑制杂散辐射,其残余的杂散辐射还可能引起图像异常。通过分析红外探测器非均匀性产生的原因,提出运用非均匀性校正的方法抑制红外杂散辐射,并给出了用两点温度标定法抑制杂散辐射的理论依据。对某型三档中波红外变焦系统进行了杂散辐射分析,TracePro红外辐射仿真分析表明:系统中残余的杂散辐射主要源自变焦过程中镜片移动引起的冷反射变化,两点温度校正后红外图像的非均匀性由0.066%降低到0.027%,成功消除了视场中的阴影,得到了满意的红外图像。实验结果证明,该方法能有效改善红外系统中残余杂散辐射引起的图像异常。

关键词：红外辐射杂散辐射冷反射 100%冷阑效率非均匀性校正

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红外双波段双视场共光路光学系统

光学精密工程 2015年第2期23卷 395-401页

作者：张葆崔恩坤洪永丰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

考虑红外多波段双视场共光路系统多谱段色差严重且能量透过率低,本文设计了结构简单的红外中波/长波双波段双视场折射系统,实现了成像系统的功能多样性。该系统采用了320pixel×240pixel红外中波和长波双色焦平面阵列探测器,通过引入非... 详细信息

考虑红外多波段双视场共光路系统多谱段色差严重且能量透过率低,本文设计了结构简单的红外中波/长波双波段双视场折射系统,实现了成像系统的功能多样性。该系统采用了320pixel×240pixel红外中波和长波双色焦平面阵列探测器,通过引入非球面元件提高了系统校正像差的能力,实现了镜片组的结构性调整。系统包括变焦和二次成像两个子系统,其中变焦系统短焦距为50mm,长焦距为200mm,满足100%冷阑匹配。像质评价结果表明:在17lp/mm处,调制传递函数(MTF)在中波处大于0.5,在长波处两个视场下都接近衍射极限;另外80%左右的能量都能被集中在一个像元上,光谱透过率均匀,且无严重的冷反射现象。优化后的光学系统具有适用范围广,结构紧凑以及成像效果好等优点,在机载光电侦察跟踪设备上有较好的应用前景。

关键词：光学设计红外系统双视场系统双波段系统共光路系统

插入Féry棱镜的小型Offner超光谱成像系统的设计

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光学精密工程 2010年第8期18卷 1773-1780页

作者：程欣洪永丰张葆薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039 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

为了减小超光谱成像系统的质量和体积,校正光谱成像的谱线弯曲,提出了一种新型带有Féry曲面棱镜的Offner超光谱成像系统。在该系统中,一对Féry曲面棱镜位于Offner中继系统的两臂,光束两次通过Féry棱镜进行分光,因此当获得指定大小的... 详细信息

为了减小超光谱成像系统的质量和体积,校正光谱成像的谱线弯曲,提出了一种新型带有Féry曲面棱镜的Offner超光谱成像系统。在该系统中,一对Féry曲面棱镜位于Offner中继系统的两臂,光束两次通过Féry棱镜进行分光,因此当获得指定大小的色散值时该结构具有比传统结构更小的质量和体积。为了减小可见近红外(VNIR)光谱通道的非线性色散,在该结构中还引入一对消色差火石Féry棱镜。设计了应用于VNIR和短波红外(SWIR)两个光谱通道的超光谱成像系统,并给出了设计结果。结果表明,该光谱成像系统在两个光谱通道内的谱线弯曲均小于0.1个像元,色畸变均<0.045个像元,而非线性度小于0.1,可满足机载或星载超光谱成像仪的要求。

关键词：成像光谱仪 Féry棱镜 Offner结构光学设计

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机载高光通量双波段成像光谱仪的设计

红外与激光工程 2012年第3期41卷 690-695页

作者：程欣张葆洪永丰程志锋中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100049

分析了成像光谱仪常见结构的优缺点并给出了分析过程,对望远镜系统和光谱成像系统结构进行了合理选择,实现了单一成像光谱仪同时覆盖可见近红外(VNIR)和中波红外(MWIR)双波段。根据研究目标要求设计了一个大F数(VNIR波段F/3,MWIR波段F/2... 详细信息

分析了成像光谱仪常见结构的优缺点并给出了分析过程,对望远镜系统和光谱成像系统结构进行了合理选择,实现了单一成像光谱仪同时覆盖可见近红外(VNIR)和中波红外(MWIR)双波段。根据研究目标要求设计了一个大F数(VNIR波段F/3,MWIR波段F/2)机载双波段成像光谱仪。该光谱仪双通道共用一个同轴平场无遮挡Schwarzschild望远镜,用二向色分束器分开。双通道光谱成像系统均采用同心共轴的Dyson结构,VNIR波段和MWIR波段光谱分辨率分别达到5 nm和15 nm。为使设计的系统结构合理,介绍了光束分离结构和光谱仪的光束折叠方法。设计结果表明:该系统结构简单,效果良好,谱线弯曲分别小于1.2μm和0.5μm,谱带弯曲均小于0.5μm,偏振灵敏度小于4%,适用高光谱分辨率机载双波段成像光谱仪。

关键词：成像光谱仪双波段 Dyson光谱仪