1 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
2 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。
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 光学学报
2023, 43(19): 1911002
红外与激光工程
2023, 52(7): 20230343
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 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。
离轴三反消像散 矢量像差理论 像差补偿 波像差 off-axis three-mirror anastigmat nodal aberration theory figure error compensation wavefront error 红外与激光工程
2023, 52(4): 20230053
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
与非制冷探测器相比,制冷型探测器具有灵敏度高、响应速度快和探测距离远等优点,已被广泛应用于红外光学系统中。为了有效抑制杂散光,制冷型探测器冷光阑位置需要与光学系统实出瞳位置重合。本文提出了一种制冷型离轴反射光学系统设计方法,通过光瞳离轴和视场离轴实现无遮拦设计,利用矢量像差理论可直接获得制冷型离轴反射光学系统的初始结构。针对长波红外制冷型探测器,设计了一个自由曲面离轴三反光学系统,满足了冷光阑的匹配条件。其光学系统的F数为2.5,焦距为300 mm,视场角为3°×5°。使用自由曲面校正光学系统像差,光学系统成像质量好,反射镜无倾斜和偏心,光学系统易于装调。
光学设计 几何光学 矢量像差理论 自由曲面 光学学报
2019, 39(11): 1122001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
提出了一种可用于指导非旋转对称、折反射式光学系统设计的Wasserman-Wolf曲面设计方法，并将其用于设计椭球形整流罩光学系统，得到的系统具有结构尺寸小的优点。利用最小二乘拟合的方法使系统初始结构兼顾各个扫描视场的像差校正需求，克服了以往只针对零视场计算校正元件初始参数致使扩展至整个扫描视场时系统评价函数难以收敛的弊端。同时，从平面对称的矢量像差理论出发，分析了平面对称反射镜的像差特性，阐述了在不同扫描视场中，利用反射镜倾斜来进行动态像差补偿的原理。设计了一套工作波段为中波红外的椭球形整流罩光学系统，该系统的调制传递函数(MTF)在整个扫描视场内接近衍射极限。
光学设计 折反射红外系统 Wasserman-Wolf曲面 椭球形整流罩 平面对称的矢量像差理论
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Optoelectronics Technology and Information System, School of Optoelectronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 343100, China
We investigate the aberration properties of the conformal optical system with decentered and tilted elements by vector aberration theory. By decentering and tilting the window and corrector of the system, two elements are effectively used together in a particular manner by aberration compensation to achieve off-axis imaging. A conceptual design is performed with a half-field of 2?, the F# of 4, and the wavelength ranging of 3700~4800 nm. The imaging quality can reach the optical diffraction limit and satisfy corresponding requirements.
偏心倾斜元件 矢量像差理论 共形光学 整流罩 光学矫正器 220.4830 Systems design 220.1010 Aberrations (global) Chinese Optics Letters
2011, 9(3): 032201
Author Affiliations
Abstract
Laboratory of Optoelectronic Technology and Information System, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
A method for the design of an unobscured reflective zoom system with three mirrors is described. This method applies the vector aberration theory, which helps designers analyze third-order aberrations for optical systems with decentered and tilted surfaces. As the vector aberration theory presents the variation of third-order aberrations in asymmetric systems through analytic expressions, real ray tracing is unnec-essary. Hence, the design with vector aberration theory is faster, and the analytic expressions are more comprehensive and intuitive. To demonstrate the practicability of the method, a design example is given, which shows that the presented method can guide designers achieve a good unobscured reflective zoom system with three mirrors.
无遮拦 三反射镜 变焦系统 矢量像差理论 220.4830 Systems design 220.1000 Aberration compensation 220.1140 Alignment 110.6770 Telescopes Chinese Optics Letters
2010, 8(7): 701
南开大学现代光学研究所,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071
运用一种新的分析偏心和倾斜光学系统初级像差特性的方法-矢量像差理论,分析了具有较大交叉倾斜角的平行平板光学系统和具有较大倾斜角的光楔光学系统的像差特性.通过ZEMAX光学设计软件像差分析功能中的垂轴像差曲线、场曲曲线和点列图加以比较,两者非常吻合,证明该理论可以对具有较大倾斜元件的非共轴光学系统设计起指导作用.
偏心和倾斜光学系统 像差分析 矢量像差理论 Decentered and tilted optical systems Aberration analysis Vector aberration theory
