西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
为满足光电成像装备多元、广域、远距离探测的需求，提出了双波段复合孔径光学系统的概念。采用主副孔径配合探测搜索的方式，其中主孔径用于远距离探测，副孔径用于大视场搜索，并分析主副孔径与中继系统拼接函数以推导复合孔径共焦面方程，从而保证不同波段图像采集的同步性和一致性。设计的红外双波段复合孔径光学系统成像波段为3.7~4.8 μm和7.7~9.5 μm，复合孔径系统由5个子眼（1个主子眼和4个副子眼）构成，主孔径焦距为200 mm、视场角均为±6°，副孔径焦距为50 mm、视场角均为±12°，主副孔径光轴夹角为6°，合并后的总视场为24°。相对于均一型复合孔径系统而言，该系统兼具了远距离探测与大视场搜索功能，主副孔径系统与中继接收系统成像质量良好，在-40~60 ℃温度范围内无热差影响。
光学设计 红外双波段 复合孔径 共焦
1 同济大学先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
2 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，上海 200092
为解决传统双波段红外成像系统构型复杂的问题，提出了一种将自由曲面棱镜引入双波段成像系统的一体式构型。基于设计中约束追迹光线角度的低灵敏度优化方法，实现了F数为1、焦距为20 mm、视场角为21.8°×16.4°的双波段（3.7~4.8 μm和8.0~12.0 μm）红外光学系统。在20 lp/mm空间频率处，系统中波红外波段和长波红外波段内所有视场的调制传递函数（MTF）分别高于0.79和0.67。经公差分析可知，该自由曲面棱镜的制造可采用单点车削机床实现。同时，完成了长波红外自由曲面棱镜的试制。
光学设计 自由曲面棱镜 红外双波段 公差分析
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 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，吉林 长春 130022
衍射光学元件（DOE）在红外双波段甚至多波段的应用逐渐成为热点。基于双层DOE的多色光积分衍射效率（PIDE）最大化的设计思想，在工作波段范围内设计最佳工作波长，从而计算双层DOE的最佳微结构高度，并给出了适用于多波段光学系统的PIDE权重分配的数学分析模型。基于此双层DOE，设计了F数为1.1、焦距为75 mm的双波段（3.7~4.8 μm和8.0~12.0 μm）红外光学系统。在29.4 lp/mm空间频率处，系统中、长波红外所有视场调制传递函数（MTF）分别高于0.60和0.45，在-40~60 ℃范围内实现了无热化设计。该系统在改善成像质量、小型化、轻量化，以及红外双波段消热差等方面表现出了巨大的优势。
光学设计 衍射光学 双层衍射光学元件 红外双波段 光学学报
2022, 42(14): 1422002
昆明物理研究所夜视技术研究院，云南 昆明 650223
当前主流的中长波彩色融合算法中，除少数色彩映射算法以源图像差异特征为切入点，其他如色彩传递等融合算法往往损失较多差异及细节特征。主流色彩映射算法还存在偏色、色域较窄和难以适应各类应用场景等问题。针对上述问题，在以色调饱和度色彩平面为基础的色彩空间中，建立了基于差异特征的螺旋线映射理论模型，并基于此提出融合算法。对实际采集到的中长波双波段图像进行仿真验证，结果表明该算法适用于大多数复杂场景且能充分突出红外中波图像差异成分，具有更广的色域分布、更好的视觉效果和较好的客观指标评价，且计算复杂度低、实时性好。最终在嵌入式平台上完成算法嵌入，结果表明算法已具备工程应用前提。
图像处理 图像融合 红外双波段 色彩映射 色彩空间 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0810009
1 北京空间机电研究所, 北京 100076
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室, 北京 100076
3 航天东方红卫星有限公司, 北京 100094
为避免透射式系统存在的色差问题, 采用离轴反射式光学系统, 在三镜后加分色片, 分别成像到中波探测器及长波探测器的焦面上, 实现对中波红外和长波红外两个谱段信息的同时成像。该一体化系统由 3个离轴反射镜和一个分色片构成, 为校正系统像差, 三镜采用 XY多项式曲面。采用二次成像结构形式, 具有 100%冷光阑效率。系统 F数为 2.67, 视场角 11.4°×1.8°, 工作波段为中波 3.55～3.93.m, 长波 10.3～12.5.m。中波红外系统 MTF平均值大于 0.5@25 lp/mm, 长波红外系统 MTF平均值大于 0.4@12.5 lp/mm, 采用光学被动式消热差法对光学系统进行温度补偿, 温度适应范围为－40℃～＋60℃。
制冷型光学系统 红外双波段 离轴全反射式系统 被动式消热差 cooled optical system infrared dual-band off-axis total reflection system passive athermalization
长春理工大学光电工程学院, 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
为在复杂环境下实现目标的高精度、高分辨率探测与识别,基于红外双波段成像光谱仪的准确性高、虚警率低的优点,针对像元大小为25 μm、阵列尺寸为384 pixel×288 pixel的制冷型双色量子阱红外探测器,设计了一款红外双波段共像面成像光谱仪。由于红外双波段系统的谱段较宽,色差难校正,所以前置望远物镜采用的是离轴两反系统。光谱分光系统采用谱线弯曲较小的Offner凸面光栅结构。为了获得更高的光谱分辨率和衍射效率,同时为了更有效地利用探测器,对光栅的双衍射级次进行设计,中波波段和长波波段分别采用二级衍射和一级衍射进行分光。为了减小到达探测器的杂散光对成像结果的影响,设计了二次成像中继系统,用以保证系统实现100%的冷光阑效率。为了更好地进行光瞳衔接匹配,各部分系统均实现了远心性。最终系统的成像结果显示,点列斑均方根半径小于一个像元,调制传递函数接近衍射极限,没有明显的冷反射现象,成像质量较好,符合红外双波段成像光谱仪的设计要求。
光学设计 成像光谱仪 红外双波段 Offner结构 光谱分辨率 中国激光
2021, 48(23): 2311002
红外与激光工程
2021, 50(3): 20200270
盐城师范学院新能源与电子工程学院, 江苏盐城 224007
建立了工作在一定入射角度范围内的多层衍射光学元件的复合带宽积分平均衍射效率的分析模型。基于衍射光学元件所具有的独特的消色差和消热差性质, 设计了一个含有双层衍射光学元件的工作在 3.7～4.8 .m和 7.7～9.5 .m红外双波段光学系统。光学系统的焦距为 100 mm, F#为 2, 采用像元数为 640×512、间距为 15 .m的制冷型探测器。该系统在空间频率 33 lp/mm时, 中、长波红外 MTF分别高于 0.52和 0.16, 最大 RMS半径小于 9.88 .m, 波前像差小于 0.0705., 最大离焦量小于焦深, 在－40℃～71℃范围内实现了无热化设计。系统中采用的双层衍射光学元件在红外双波段的带宽积分平均衍射效率高于 99.15%。入射到衍射面上的角度为 0°～10°, 该双层衍射光学元件在中波和长波波段的复合带宽积分平均衍射效率分别为 97.70%和 96.95%。
光学设计 红外双波段 双层衍射光学元件 衍射效率 optical design, infrared dual-band, double-layer d
哈尔滨工业大学 航天学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
提出了一种基于像素融合法的双波段红外目标模拟器设计方案。方案采用双波段亚波长光栅代替光学薄膜作为滤光片, 仅使用了一套景象生成器和投影系统完成双波段红外目标模拟。该方案解决了传统双波段红外目标模拟器结构复杂, 生产成本大, 能量比无法调谐的问题。首先介绍了该设计方案的工作原理并说明了其可行性, 然后基于严格耦合波理论分析了不同参数下亚波长光栅的滤波特性, 最后根据双波段探测需求完成了光栅设计。
红外双波段 目标模拟器 像素融合法 双波段亚波长光栅 infrared dual-band target simulator pixel fusion method dual-band subwavelength grating 红外与激光工程
2017, 46(11): 1104003
