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基于矢量像差理论的离轴反射光学系统初始结构设计

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物理学报 2019年第13期68卷 114-121页

作者：操超廖志远白瑜范真节廖胜中国科学院光电技术研究所成都610209 中国科学院大学北京100049

传统的离轴反射光学系统初始结构设计方法是先求取轴对称反射光学系统结构,然后通过光瞳离轴、视场离轴或二者结合的方法实现无遮拦设计.由于同轴光学系统像差分布规律不适用于离轴光学系统,因此离轴后的反射光学系统结构像差较大,而且... 详细信息

传统的离轴反射光学系统初始结构设计方法是先求取轴对称反射光学系统结构,然后通过光瞳离轴、视场离轴或二者结合的方法实现无遮拦设计.由于同轴光学系统像差分布规律不适用于离轴光学系统,因此离轴后的反射光学系统结构像差较大,而且系统无遮拦设计过程复杂.本文提出了一种基于矢量像差理论的离轴反射光学系统初始结构设计方法,可以直接获取光瞳离轴、视场离轴或二者结合的无遮拦离轴反射光学系统初始结构.该方法可以获得较好的离轴反射光学系统初始结构供光学设计软件进一步优化.针对面阵探测器,设计了一个长波红外离轴三反光学系统,通过光瞳离轴和视场离轴实现无遮拦设计,光学系统成像质量好,反射镜不存在倾斜和偏心,光学系统易于装调.

关键词：几何光学离轴反射系统矢量像差理论光学设计

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变焦型双光路车载抬头显示光学系统设计

光学学报 2024年第14期 199-209页

作者：田曼力薛常喜长春理工大学光电工程学院长春理工大学先进光学设计与制造技术吉林省高校重点实验室

提出了一种变焦型双光路增强现实抬头显示光学系统，并利用矢量像差理论进行初始结构设计。该系统用两块图像生成单元搭建近光路和远光路，分别用于显示基础信息和交互信息，且远光路成像距离可在一定范围内进行连续调节，最终得到了一... 详细信息

提出了一种变焦型双光路增强现实抬头显示光学系统，并利用矢量像差理论进行初始结构设计。该系统用两块图像生成单元搭建近光路和远光路，分别用于显示基础信息和交互信息，且远光路成像距离可在一定范围内进行连续调节，最终得到了一个眼盒大小为120 mm×60 mm、视场角分别为5°×1°和10°×5°、成像距离分别为2.5 m和10～20 m的双光路车载抬头显示系统。本研究为增强现实抬头显示系统提供了一种新的设计结构，提高了增强现实显示效果。

关键词：光学设计抬头显示器增强现实变焦平面矢量像差理论

结合矢量像差理论的离轴三反红外光学系统设计

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红外与激光工程 2012年第9期41卷 2449-2452页

作者：张庭成廖志波宗肖颖伏瑞敏北京空间机电研究所北京100080

多谱段、大相对口径、大视场红外光学系统具有探测精度高、噪声低、能够以凝视方式获取大场景红外图像等优点,因此成为光学系统设计的一个重要研究方向。文中介绍了此类系统的一般设计思路,提出了一种结合矢量像差理论的离轴三反红外光... 详细信息

多谱段、大相对口径、大视场红外光学系统具有探测精度高、噪声低、能够以凝视方式获取大场景红外图像等优点,因此成为光学系统设计的一个重要研究方向。文中介绍了此类系统的一般设计思路,提出了一种结合矢量像差理论的离轴三反红外光学系统的设计方法,该方法能够大幅度提高系统的设计效率。给出了一个设计实例,其焦距值为90 mm,F数为3.0,视场角为20°×20°,能够在中波红外和长波红外两个波段清晰成像,并且在各个视场下的MTF都能够达到或者接近衍射极限,该设计实例验证了该方法的有效性和可行性。

关键词：红外光学系统多谱段大相对口径大视场矢量像差理论离轴三反系统

基于次镜像移补偿的折反式航测相机光机系统设计

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光子学报 2024年第2期53卷 224-231页

作者：张洪伟曲锐陈卫宁杨洪涛中国科学院西安光学精密机械研究所飞行器光学成像监视与测量技术研究室西安710119

针对航测相机对地摆扫成像过程中的动态像移问题,采用两镜望远系统的矢量像差理论,将次镜作为像移补偿元件,通过次镜多维运动实现航测相机的综合像移补偿。次镜在对像移进行补偿的过程中会发生偏心和倾斜,导致次镜离轴,影响成像质量,因... 详细信息

针对航测相机对地摆扫成像过程中的动态像移问题,采用两镜望远系统的矢量像差理论,将次镜作为像移补偿元件,通过次镜多维运动实现航测相机的综合像移补偿。次镜在对像移进行补偿的过程中会发生偏心和倾斜,导致次镜离轴,影响成像质量,因此,建立了失调折反光学系统成像模型,研究次镜像差场偏移矢量与次镜失调量之间的关系,并分析次镜多维运动对成像质量的影响。为验证次镜多维运动的像移补偿能力,搭建实验平台对该航测相机进行了实验室内以及外场成像试验。结果表明,采用该像移补偿技术的航测相机动态分辨率可达74 lp/mm,且像移补偿精度优于0.5个像素,达到设计预期。

关键词：航测相机像移补偿技术光机系统次镜失调矢量像差理论

零彗差自由点条件下的失调光学系统波像差特性分析

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国防科技大学学报 2022年第5期44卷 142-149页

作者：吴伟于乃辉罗自荣白向娟尚建忠国防科技大学智能科学学院湖南长沙410073 国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 中国人民解放军31636部队云南昆明650300

基于矢量像差理论,对反射式光学系统的一类特殊失调状态--满足零彗差自由点条件展开研究,分析了该特殊失调下三阶彗差和三阶像散的全视场波像差特性,建立了三阶像散双节点位置的解析计算公式,研究发现该类失调不会引入三阶彗差,并且会... 详细信息

基于矢量像差理论,对反射式光学系统的一类特殊失调状态--满足零彗差自由点条件展开研究,分析了该特殊失调下三阶彗差和三阶像散的全视场波像差特性,建立了三阶像散双节点位置的解析计算公式,研究发现该类失调不会引入三阶彗差,并且会导致三阶像散的一个节点位于中心视场附近,揭示了当前传统装调方法中仅采用轴上彗差为零作为系统完善装调的弊端,并基于像差特性分析提出了一种仅根据轴上视场引入定量失调误差前后的像差变化来评估系统完善装调的方法。利用CODE V(Version 10.2)对两反式光学系统进行了仿真分析,结果表明文中建立的模型和方法可定量分析三阶像散双节点的位置及该类失调对系统波像差的影响规律,并验证了所提出系统完善装调方法的有效性。

关键词：零彗差自由点像差分析矢量像差理论光学装调失调光学系统

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层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差研究

光学学报 2023年

作者：潘志达苏晓琴周岩穆郁吉佳瑞杨磊谢洪波天津津航技术物理研究所天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室

红外光学系统受限于探测器的性能，成像视场一般较小，可采用层叠微透镜阵列扫描成像系统扩大视场范围。衍射效应、光束串扰以及扫描中产生的动态像差等是影响层叠微透镜阵列扫描成像系统像质的主要因素。本文以层叠微透镜阵列扫描成像... 详细信息

红外光学系统受限于探测器的性能，成像视场一般较小，可采用层叠微透镜阵列扫描成像系统扩大视场范围。衍射效应、光束串扰以及扫描中产生的动态像差等是影响层叠微透镜阵列扫描成像系统像质的主要因素。本文以层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差为研究目标，基于非旋转对称光学系统的矢量波像差理论，建立了层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态波像差理论模型，提出了一种可用于系统波像差计算的适用性方法。同时，将动态波像差模型应用于两片式微透镜阵列扫描结构的像差分析中，分析了多扫描视场下的初级像差以及RMS波前差，并计算了不同扫描视场下的初级波像差值在光学表面上的分布。论文的研究对于指导层叠微透镜阵列扫描成像系统的设计优化与装调试验具有理论和工程化意义。

关键词：红外成像微透镜阵列扫描系统动态波像差矢量像差理论

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层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差

光学学报 2023年第19期43卷 145-153页

作者：潘志达苏晓琴周岩穆郁吉佳瑞杨磊谢洪波天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072 天津津航技术物理研究所天津300308

以层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差为研究目标,基于非旋转对称光学系统的矢量波像差理论,建立了层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态波像差理论模型,提出一种可用于系统波像差计算的适用性方法。同时,将动态波像差模型应用于两片式... 详细信息

以层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差为研究目标,基于非旋转对称光学系统的矢量波像差理论,建立了层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态波像差理论模型,提出一种可用于系统波像差计算的适用性方法。同时,将动态波像差模型应用于两片式微透镜阵列扫描结构的像差分析中,分析了多扫描视场下的初级波像差以及均方根(RMS)波前差,并计算了不同扫描视场下的初级波像差值在光学表面上的分布。所得研究结果对层叠微透镜阵列扫描成像系统的设计优化与装调实验具有理论指导和工程化意义。

关键词：成像系统红外成像微透镜阵列扫描系统动态波像差矢量像差理论

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离轴三反望远镜主镜和三镜面形误差补偿机理

红外与激光工程 2023年第4期52卷 171-181页

作者：马铭泽何煦王金鑫罗敬徐天晓林翠周浩然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

为保证大口径离轴三反消像散(Three-Mirror Anastigmat,TMA)光学系统在轨成像质量,探明离轴TMA系统中次镜位姿与主镜及三镜面形误差补偿机理,以矢量像差理论为基础,用Zernike多项式表述离轴TMA系统镜面面形误差,并对系统镜面面形误差进... 详细信息

为保证大口径离轴三反消像散(Three-Mirror Anastigmat,TMA)光学系统在轨成像质量,探明离轴TMA系统中次镜位姿与主镜及三镜面形误差补偿机理,以矢量像差理论为基础,用Zernike多项式表述离轴TMA系统镜面面形误差,并对系统镜面面形误差进行解析。通过分析发现,位于非光阑位置三阶彗差经光瞳坐标变换衍生出与视场线性相关像散;提出结合失调离轴系统矢量像差校正解析式,以系统出瞳波像差RMS值为评价标准,构建离轴TMA系统像差补偿模型,利用次镜位姿对主镜及三镜存在面形误差的离轴TMA系统进行补偿。仿真实验表明:系统主镜存在0.5λ像散与彗差时,所构建像差补偿模型可将系统出瞳波像差由0.18λ补偿至0.08λ;系统三镜存在0.05λ像散与彗差时,可将出瞳波像差由0.3λ补偿至0.1λ,且当三镜面形误差在(-0.03λ,0.03λ)范围内时,可将系统各视场RMS值补偿至系统设计值,使系统成像质量满足要求,为大口径反射式空间望远镜在轨主动装调提供进一步理论指导。

关键词：离轴三反消像散矢量像差理论像差补偿波像差

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新型离轴反射式变焦光学系统设计

红外与激光工程 2012年第6期41卷 1581-1586页

作者：闫佩佩樊学武中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学研究室陕西西安710119 中国科学院研究生院北京100049

介绍了一种基于初级像差理论和矢量像差理论的机械补偿式新型离轴三反变焦系统的设计。提出了反射变焦系统初始结构的确定方法,对初级像差方程进行了约束优化,得到了满足要求的部分共轴初始结构参数。指出了利用矢量像差理论进行离轴反... 详细信息

介绍了一种基于初级像差理论和矢量像差理论的机械补偿式新型离轴三反变焦系统的设计。提出了反射变焦系统初始结构的确定方法,对初级像差方程进行了约束优化,得到了满足要求的部分共轴初始结构参数。指出了利用矢量像差理论进行离轴反射变焦系统设计的必要性,提出了弥补共轴系统不足的离轴反射变焦光学系统的设计方法,分析了相应的去除遮拦、矫正像差的设计理论,并结合具体的设计指标,采用CODEV光学设计软件,设计出符合系统指标要求的离轴三反变焦光学系统,并对其进行了像质评价。结果表明,成像质量良好,满足总技术指标的要求。

关键词：光学系统设计机械补偿式反射变焦系统矢量像差理论偏心和倾斜