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大视场光学系统设计
大视场光学系统是指适用于视角范围广泛的摄影、遥感、医学成像等应用场合的光学系统。
它可以提供高质量的图像，同时在更大的范围内保持较好的光学性能。
下面将介绍大视场光学系统的设计原理和常用的优化方法。
设计原理
大视场光学系统的设计需要考虑以下几个方面的因素：
1.镜头参数的选择：为了满足大视场的要求，需要选择较大的视角和宽广的视场。
镜头类型也需要根据具体应用场合进行选择。
2.光学元件的设计：光学元件的设计应该针对大视场进行优化。
对于非球面透镜，合理设计会显著提高光学性能。
3.光线追迹技术：为保证大视场光学系统的高质量，需要使用光线追迹技术进行优化，识别并排除光线传递过程中产生的像点附近的偏移或畸变。
常用优化方法
1.大覆盖距离：实际上，大覆盖距离优化是一个基于不同光学环节的设计指标。
在实际设计中，我们需要将不同部分的优化结合在一起，如减小曲面像点偏移等。
2.光学元件选材：选择正确的光学元件材料是保证大视场光学系统高分辨成像及色彩保真度的前提。
需要在选择合适材料的同时，充分考虑镜头的成像质量及相机结构因素。
3.非球面透镜设计：非球面透镜的设计是一项关键的方法，这种方法可以显著减少透镜产生的色差及像差，从而达到提高大视场成像质量的目的。
总之，大视场光学系统设计需要考虑多种因素，包括镜头参数的选择、光学元件的设计，以及光线追迹技术等等。
准确的设计和优化方法是保证大视场光学系统高质量成像的关键。
红外探测光学系统设计研究一、本文概述随着科技的飞速发展，红外探测技术在军事、安防、医疗、环境监测等领域发挥着越来越重要的作用。
红外探测光学系统作为红外探测技术中的关键组成部分，其设计质量直接关系到整个系统的性能和可靠性。
本文旨在系统性地研究和探讨红外探测光学系统的设计原理、方法和技术，以期为相关领域的研究和实践提供理论支持和参考。
本文首先对红外探测光学系统的基本原理进行介绍，包括红外辐射的特性、红外探测的基本过程，以及红外光学系统的工作原理。
通过这些基本概念的阐述，为后续的设计讨论打下理论基础。
接着，本文详细分析了红外探测光学系统的设计要求。
这包括系统的成像质量、视场角、焦距、光圈大小等关键参数的选择与优化，以及系统在不同工作环境下的适应性、稳定性和抗干扰能力。
本文将结合实际应用案例，探讨这些设计要求在实际工程中的应用和实现。
在明确了设计要求后，本文进一步探讨了红外探测光学系统的设计方法。
这包括光学系统的设计流程、设计软件的选择与使用，以及光学元件的选择与优化。
特别地，本文将重点讨论在红外波段工作的光学元件的特殊性，如红外透镜材料的选择、光学镀膜技术等。
本文还将讨论红外探测光学系统设计中的一些关键问题，如热效应的考虑、系统小型化与集成化等。
针对这些问题，本文将提出相应的解决方案和策略。
本文通过一个具体的设计实例，展示了红外探测光学系统设计的全过程，包括设计目标的确定、光学系统的建模、仿真与优化，以及最终的性能评估。
二、红外探测光学系统基础理论红外探测光学系统是实现对红外辐射源进行有效探测与分析的关键技术装备，其工作原理基于红外物理学和光学工程的深度融合。
本节将系统性地阐述红外探测光学系统的相关基础理论，包括红外辐射特性、红外光学元件、成像原理以及系统性能评估等方面，为深入理解其设计原则与优化方法奠定理论基础。
红外辐射属于电磁波谱中波长介于约75至1000微米之间的部分，通常划分为近红外（NIR，753微米）、中红外（MIR，38微米）和远红外（FIR，81000微米）三个区域。
长波红外大视场大相对孔径光学系统设计陈潇;杨建峰;马小龙;何佶珂;何建伟;白瑜【摘要】设计了用于非制冷红外焦平面阵列探测器的大视场、大相对孔径的长波红外物镜.系统由3片非球面锗镜组成,采用反远距结构,系统焦距为6 mm,相对孔径为1∶0.8,全视场角为160°,总长为86.13 mm.设计结果表明:在空间频率为20lp/mm处的MTF值大于0.7,接近衍射极限.该系统除具有反远距结构的结构简单、体积小、质量轻、像面照度均匀等优点外,还具有超大视场.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2010(031)003【总页数】4页(P350-353)【关键词】大视场;长波红外;非球面;光学设计【作者】陈潇;杨建峰;马小龙;何佶珂;何建伟;白瑜【作者单位】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,北京,100039;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;中国科学院西安光学精密机械研究所,空间光学研究室,陕西,西安,710119;西安电子科技大学,陕西,西安,710071;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,北京,100039;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,北京,100039【正文语种】中文【中图分类】TN216;TH703Abstract:Alow F number long-wavelength infrared optical system with w ide field of view is designed.It consists of three aspherical germanium lenses with a reversed telephoto telecentric structure.The effective focal length is 6 mm,the relative aperture is 1:0.8,the full field of view is 160°,and the total optical length is 86.13 mm.The result show s that the modulation transformation function is greater than 0.7 at the spatial frequency of 20 lp/mm.The system inherits the advantages of the reversed telephoto telecentric structure,it is simple in structure and small in volume,light in weight,uniform in illum ination,and also has large field of view.Key words:w ide field of view;long wavelength;aspheric surface;optical design非制冷红外焦平面阵列探测器能在室温下良好地工作,并且具有质量轻、体积小、寿命长、成本低、功耗小、启动快及稳定性好等优点[1],满足了民用红外系统和部分军事红外系统对长波红外探测器的迫切需要,获得了广泛应用[2]。
红外反射式光学系统光机结构设计与分析作者：付家鑫韩旭付跃刚张玉石郭晟男来源：《计算机辅助工程》2013年第03期摘要：为实现红外双波段共孔径光学系统，设计出一种采用大孔径、无焦反射式光学系统，并详细介绍该系统结构.中波和长波MTF值在25线对下均大于0.3.考虑到该光学系统野外使用时复杂的运输环境，利用有限元法对简化后的卡塞格林式望远系统进行低阶振动特性和模态特性分析.通过比较2种材料的模态分析计算结果，最终选取铝合金为金属材料，保证1阶固有频率大于50 Hz，满足野外运输条件，说明该系统结构合理可行.关键词：卡塞格林系统结构；双波段；共孔径；模态分析； Patran； MSC Nastran中图分类号：TB96；TB115.1文献标志码：B0引言随着红外技术的发展，各种红外光学系统在军事和民用领域得到广泛应用.目前，机载、舰载、地面以及各种航天设备中的常规红外望远镜系统已无法满足现代化应用的要求.[1]红外双波段共孔径光学系统功能上更加全面，可充分利用红外波段目标自身的热辐射特征进行监视探测，避免有用信息的丢失.[2-3]在空间环境和军事应用中，由于载体的活动范围扩大，光学系统往往需要承受各种不同环境下振动对系统结构产生的影响.基于有限元法在工程分析中的重要地位，采用有限元法对系统结构进行模态分析，低阶弹性模态能反映出系统结构整体刚度，是结构振动时重要的刚度分析指标.针对红外卡塞格林式望远系统的光机结构设计，详细介绍这种大口径、无焦反射式望远系统结构，包括主镜与次镜的支撑结构、次镜调整机构和分光组件等.基于有限元分析法，在保证系统结构力学特性的情况下，对卡塞格林望远系统结构进行简化处理.利用Patran对系统结构中卡塞格林望远系统结构进行建模，使用MSC Nastran进行计算，通过模态分析系统结构的振动特性，分析低阶固有频率并选取合适的金属材料，使系统结构满足运输过程中的复杂环境[4].1光学系统光学系统指标如下：工作波段为3～5 μm时，中心波长为4 μm；工作波段为8～12 μm 时，中心波长为10 μm；相对孔径D/f=1：2（F#=2）；口径为200 mm；焦距f为400 mm.望远系统包括折射式、反射式和折反式等3种类型.通过比较，选择反射式望远系统，不仅能保证较高的探测能量、物镜口径大、光能损失少，而且有利于探测设备的小型轻量化设计[5].本文探测设备应用卡塞格林望远系统，光学路径模拟示意见图1.入射光经过主反射镜和次反射镜到达三镜，三镜是对中波红外透射、长波红外反射的半反半透镜.在25线对下光学系统MTF曲线见图2，可知，均大于0.3.为减少环境温度对系统的影响，系统采用光学材料组合来减小系统热差的影响.红外材料反射镜采用热膨胀系数几乎为0的微晶玻璃，分光镜选择ZnSe，其他透镜用Ge和Si，对于本文设计所做的结构关键技术在于，卡塞格林望远系统结构稳定、次镜调整结构以及分光组件结构装调方便.2机械结构2.1整体结构红外双波卡塞格林望远系统整体结构剖视图见图3，其由主反射镜部件、次反射镜部件和分光镜部件等组成，各个部件之间采用柱面配合、螺钉紧固的方式连接.主镜筒及其他连接件选择金属材料45号钢[6].对于杂散光的处理，通过在主镜筒内设消杂光螺纹、在各压圈及内壁涂消杂光漆，并在主镜内和次镜前加遮光罩等，最大限度地消除杂光[7].2.2主镜结构在卡塞格林望远系统中，反射镜面形变化对系统成像质量的影响要比折射镜大得多.如图4所示，主反射镜的口径为200 mm，为保证反射镜的面形，主镜支撑结构与镜筒柱面配合，并用4个螺钉连接，使用压圈固定主镜位置，镜筒外的加强筋保证运输过程中主镜筒的结构稳定.主镜中心孔处加装带有消杂光螺纹的遮光罩，避免杂散光直接入射到三镜.4结束语详细介绍一种用于红外双波段共孔径光学系统结构，采用的卡塞格林望远系统实现小型轻量化设计.次镜的调整机构保证系统反射镜与三镜的间距，系统装调简易、方便.根据野外工作的运输要求，对系统结构进行动力学分析，利用Patran与MSC Nastran对简化后的卡塞格林式望远系统结构进行模态分析.金属材料选取45号钢时，1阶固有频率只有23.591 Hz，小于50 Hz，在运输中会产生共振，无法运输；改用铝合金材料，1阶固有频率大于50 Hz，说明铝合金材料满足野外复杂的运输要求，减少系统结构设计初期的缺陷.为提高结构可行性，还应对其进行更全面的模拟仿真分析和试验.参考文献：[1]黄志立，李波，李奇，等. 现代光电瞄准系统[J]. 光机电信息， 2011， 28（3）： 58-64.HUANG Zhili， LI Bo， LI Qi， et al. Modern optical targeting systems[J]. OME Information， 2011， 28（3）： 58-64.[2]王海涛，安兵. 一体化红外双波段成像光学系统[J]. 红外与激光工程， 2008， 37（3）： 489-492.WANG Haitao， AN Bing. Unified infrared imaging optical system of dual spectral[J]. Infrared and Laser Engineering， 2008， 37（3）： 489-492.[3]许中胜，徐邦荃. 红外系统波段特性比较[J]. 电光与控制， 2001（3）： 43-46.XU Zhongsheng， XU Bangquan. Performance comparison of two infrared wave bands[J]. Electronics Optics &Control， 2001（3）： 43-46.[4]秦琴，顾永杰，陶津平，等. 望远镜系统的结构设计及有限元分析[J]. 光电工程，2008， 35（6）： 130-134.QIN Qin， GU Yongjie， TAO Jinping， et al. Finite element analysis of R-C telescope system[J]. Opto-Electronic Engineering， 2008， 35（6）： 130-134.[5]王富国，杨飞，陈宝刚，等. 大口径主焦点式光学系统轻量化结构设计、分析与试验[J]. 红外技术， 2011， 33（1）： 4-8.WANG Fuguo， YANG Fei， CHEN Baogang， et al. Lightweight structure design， analysis and test of lager aperture and prime focus optical system[J]. Infrared Technology， 2011， 33（1）： 4-8.[6]Jr YODER P R. Opto-mechanical systems design[M]. 周海宪，程云芳，译. 北京：机械工业出版社， 2008： 103-131.[7]杨锐，苏毅. 卡塞格伦望远镜系统杂散光分析[J]. 光电工程， 2003， 30（5）： 48-65.YANG Rui， SU Yi. Analysis for stray light of a Cassegrain telescope[J]. Opto-Electronic Engineering， 2003， 30（5）： 48-65.[8]LIU Shubin， GAO Tianyuan. Structure design and finite element analysis of receiving system for optical communication[J]. Key Engineering Materials， 2013， 552（1）： 548-553.[9]张书瀚. 大口径平行光管野外适应性研究[D]. 长春：长春理工大学， 2012.[10]胡于进，王璋奇. 有限元分析及应用[M]. 北京：清华大学出版社， 2009： 195-198.（编辑陈锋杰）。
红外测距的基本结构及系统设计红外测距的常用方法和原理是什么随着科学技术的不断发展，在测距领域也先后出现了激光测距、（微波）雷达测距、超声波测距及（红外）线测距等方式。
作为一种应用广泛、测量精度高的测量方式，红外测距利用红外线传播时不扩散、折射率小的特性，根据红外线从发射模块发出到被物体反射回来被接受模块接受所需要的时间，采用相应的测距公式来实现对物体距离的测量。
红外测距最早出现于上世纪60年代，是一种以红外线作为传输介质的测量方法。
红外测距的研究有着非比寻常的意义，其本身具有其他测距方式没有的特点，技术难度相对不大，系统构成成本较低、性能良好、使用方便、简单，对各行各业均有着不可或缺的贡献，因而其市场需求量更大，发展空间更广。
红外测距仪是指用调制的红外光进行精密的距离测量，测量范围一般为1-5公里。
红外线测距（传感器）有它的几个特点，远距离测量，在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离；有同步输入端，可多个传感器同步测量；测量范围广，响应时间短；外形设计紧凑，易于安装，便于操作；所以它的应用价值比较高。
红外测距的常用方法和原理时间差法测距原理时间差法测距原理是将红外测距传感器的红外发射端发送（信号）与接收端接受信号的时间差t写入（单片机）中，通过光传播距离公式来计算出传播距离L。
式中c是光的传播速度为。
反射能量法测距原理反射能量法是由发射（控制电路）控制发光元件发出信号（通常为红外线）射向目标物体，经物体反射后传回系统的接收端，通过光电转换器接收的光能量大小进而计算出目标物体的距离L。
式中P为接收端接收到的能量，K为常数，其大小由发射系统输出功率、转换效率决定，d为被测目标漫反射率。
相位法测距原理相位测距法是利用无线电波段的频率，对红外激光束进行幅度调制并测定调制光往返一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算出此相位延迟所代表的距离D，此方式测量精度非常之高，相对误差可以保持在百分之一以内，但要求被测目标必须能主动发出无线电波产生相应的相位值。
