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标题: 无热光学设计 [打印本页]

作者: 设计师 时间: 2007-3-21 00:27
标题: 无热光学设计

有没有人在做无热光学系统的设计啊，我目前正在做这方面的设计，红外的中波和长波在-40度到+60度成像质量都能够保持一致，希望在这里和大家讨论一下。

作者: 风铃草 时间: 2007-3-23 05:52

LZ有什么最新的进展或者是一些想法吗？

作者: 设计师 时间: 2007-3-23 06:17

无热系统主要是光学材料的选择和光角度的分配,对常规的光学系统来说,需要校正7种像差,由于红外系统可选择的材料有限,所以色差校正相对复杂一些,但也不是大问题,无热系统还要校正的是热差,也就是在各个温度下合理选择光学材料和镜筒材料来补偿温度变化造成的离焦,实现温度变化而成像质量不变,这是无热设计中的一个难点.在这里是想和大家探讨,希望有更多的人加入进来!

作者: 风铃草 时间: 2007-3-25 08:01

 对于在长波的条件下，色差并不是主要的问题，由于红外材料相对常规的玻璃材料折射率高，材料选择的余地小，因此像差校正不是主要矛盾。 对于您所说的无热分析，“合理选择光学材料和镜筒材料来补偿温度变化造成的离焦”其实在我看来就是整体放大或者缩小的概念，即光学材料和机械材料，它们折射率材料的变化量/温度的变化量相同。 个人觉得红外系统的设计与可见光系统、激光光学系统最大的区别就是要做无热化分析和水仙效应的分析。 对于无热分析，个人浅见，一是可以通过光学设计软件ZEMAX或者CODE V模拟，这个只是光学部分的，没有考虑机械部分的；二是采用LT，TP或者ASAP做整体的分析，这个难度应该是比较大一些；三是要通过样机来做试验，进行摸底。 我只是最近才开始学习这类系统，以上仅为个人浅见，还望互相交流。

作者: 设计师 时间: 2007-3-26 07:39

首先无热设计不只是光学设计，如果只是光学部分就不是无热了，这一点必须要明确，无热是个综合的设计过程，ZEMAX 或者CODE V都可以把机械部分的变化考虑进去，这个说明书上都有专门详细的说明，不论是LT还是ＴＰ或者ASAP做三维造型或者杂光分析是可以的，但对做无热设计没有多大的帮助，ＺＥＭＡＸ和ＣＯＤＥ　Ｖ就够了．另外补偿温度变化造成的离焦决不是简单的整体放大或缩小，不存在整体放大或缩小，因为系统焦距是固定的，材料的线膨胀系数和温度折射率系数都是固定的．消热差其实类似于消色差，是通过合理的搭配材料来消除的，光学材料和机械材料综合考虑．另外，长波的色差校正是个问题，比中波难校正，透长波的材料很少，即使折射率高，对校正球差一类的单色像差有帮助，对色差的作用不大，这也是为什么长波系统经常用衍射元件的原因！

作者: 风铃草 时间: 2007-3-27 08:04

LZ所言既是，我也声明了我只是最近才开始学习这类系统。之前我是没有跟着项目组过红外系统的，所认同的观点来源于书本和一些期刊论文资料。

最近有意利用ASAP做CCD镜头的杂散光分析，所以这点可能有点过敏，提的比较多一些。

LZ在上面的阐述中还是没有指出解决这类问题的可行性办法，或许是单位的核心技术问题。从您的话语中，我初步感觉到，一您是在研究所工作，涉及比较前沿的，二就是在学校，研究生或者是博士，因为“长波系统经常用衍射元件的原因”，请问现在的系统有多少是用衍射元件的？我不清楚您所从事的行业，如果有兴趣我们QQ聊，如何？可以再深入的向你学习，毕竟有些话是不方便在论坛中说的，您说呢？

我的QQ 42754306

作者: 设计师 时间: 2007-3-29 07:29

钦佩楼主的洞察力,我是在研究所工作,主要做光学设计，目前在研究红外系统的无热设计方面，呵呵，大家同道中人，取长补短，互相学习，我的ＱＱ:　６２８４４６７

作者: 风铃草 时间: 2007-4-1 19:32

已经加你了，不知道你什么时候上网？

我一般晚上都在的

作者: 设计师 时间: 2007-4-1 22:04
我一般白天在,晚上不一定都在网上,不过遇见你一定与你联系,相信我们可以碰面的！

作者: huntersun 时间: 2007-6-19 15:30
红外的确涉及到无热设计,传统的方法是用多种材料组合,看过一些论文,但据说最终的效果不理想,目前应用折衍混合元件做无热设计在国外很常见,很多产品都应用了衍射面,利用了二元光学的负热差,但国内因加工不成熟所以还没有成功的产品.
我想和你讨论一下水仙花效应的问题,具体应该怎样分析,什么样的数据能证明系统对制冷探测器能够使用,国外有论文是把系统反向分析的,但我想知道在设计中应怎样控制.
谢谢
QQ:21573278
msn:sunhao_hbu@hotmail.com

作者: 设计师 时间: 2007-6-20 23:12
楼上的说的对,做无热设计确实要用一些衍射光学元件,但也不是一定要用到衍射元件,不用衍射元件,通过材料和光焦度的合理分配也是可以做到无热设计的.我目前设计的就没有用衍射元件,也能够实现-40~60度的温度范围内,成像质量都良好.
消除水仙花效应目前我也在摸索中,应该是反向分析的,首先要分析导致水仙花效应的来源,在系统设计中对这个来源有意进行控制,做到这一点就需要自己编写宏来控制.

作者: gezj2005 时间: 2007-6-25 14:39
呵呵,看见大家对这个问题挺关心的,也就随便和大家聊聊.其实上面有几位讲的还是蛮不错的,消热差用ZEMAX和CODEV是可以完全模拟的,他的原理和消色差有一定异曲同工之妙.无热问题还分主动补偿和被动补偿,主动补偿相对简单一点,被动补偿难点.在被动补偿中,相对来说,中波容易一些,但是有时候碰到一些技术指标很高得,也是有点头疼的;长波相对来说难点,但是也是可以实现的.除了理论设计之外,该类系统的公差也是很头疼的.具体就不说多了,大家就好好摸吧,祝福你们!

作者: gezj2005 时间: 2007-6-25 14:46
不过对大家说的水仙花效应,可能是因为大家用的专业术语不一致,我还没听说过,见笑了!目前,在做中波制冷一块,主要是杂光必须要经过严谨的分析,否则出问题了,麻烦就大大了.那位方便,可以解释一下水仙花效应吗? 我估计是不是通常说的杂光的一种啊!

作者: huntersun 时间: 2007-6-26 15:55
水仙花效应是英文翻译过来的英文原做narcissus,在zemax里有YNI contribution,在Code V里有专门的操作数narcissus control,都是对此分析的和控制的.希腊神话中narcissus是个俊美的少年,对任何姑娘都不动心，只对自己的水中倒影爱慕不已，最终在顾影自怜中抑郁死去。根据字面意思我理解为系统内部的热辐射通过镜片反射或折射最终成像在探测器位置,也就是出现了自己的像(是不是和鬼像是一种).
我不在研究所或大学工作,所以这方面的分析经验和资料很少,希望有此经验的同行能和我交流,谢谢.

作者: Jobyan 时间: 2007-6-27 09:54
narcissus分析是指在在红外光学系中，扫描热传感器的冷阱的反射像（光学系），如果用常温非扫描红外CCD成像器件的，可以不考量。楼上对narcissus正解，但字面理解不对。

作者: huntersun 时间: 2007-6-27 10:45
一篇论文中写到This effect is more pronounced in scanning IR systems. In staring IR systems,this effect is not visible on the screen provided that all of the lens elements are stationary. When there are moving or switching lenses in the system,this effect may appear on the screen.
是不是在某一个焦距时,做均匀性矫正或对探测器标定后,移动镜片(改变焦距),可能会产生narcissus效应....

作者: huntersun 时间: 2007-6-27 12:51

原帖由 设计师 于 2007-6-20 23:12 发表
楼上的说的对,做无热设计确实要用一些衍射光学元件,但也不是一定要用到衍射元件,不用衍射元件,通过材料和光焦度的合理分配也是可以做到无热设计的.我目前设计的就没有用衍射元件,也能够实现-40~60度的温度范围内 ...

请问是做出实物后实测效果?还是设计效果?!
消热差至少要用三种材料,不知您的设计是怎样的?可否上传Layout 看看谢谢!

作者: gezj2005 时间: 2007-6-28 11:22
谢谢大家对水仙花的解释,在实际的工作中,我的确遇到过此类问题,不过我们都把它归结为杂光.一般来说,我不用ZEMAX对此现象分析,用LIGHTTOOLS分析,效果更好,它不能说成鬼影,如果是鬼影或静止的杂光现象,在电路中是可以处理掉的,麻烦的是此类现象在调焦和变焦系统中,会随着镜片的移动出现,而且在软件中是处理不掉的.所以大家在做中波制冷系统时,一定要做杂光分析,要不系统做完,实际组装时发现问题,所有的设计结果就报废了,损失很大.我们有些系统做过分析,但是也有失败的.对于楼上那位说的消热差至少要用三种材料,是错误的.而且一般的无热系统不需要用衍射元件是完全可以作出来的.至少在中波实现-40~60度的温度范围内是没有问题的.当然有些指标实在到了极限状态,不排除用衍射元件或三种以上的材料.

作者: gezj2005 时间: 2007-6-28 11:30
至于上传LAYOUT,我想任何人都不会的,因为这涉及技术秘密问题.甚至是某个研究所和公司的机密问题.呵呵,总之一句话,努力去做, 在绝望中生存,不要轻易的下结论.光学设计是一件非常痛苦的事情,希望大家能够越做越好!

作者: huntersun 时间: 2007-6-29 08:53

原帖由 gezj2005 于 2007-6-28 11:22 发表
谢谢大家对水仙花的解释,在实际的工作中,我的确遇到过此类问题,不过我们都把它归结为杂光.一般来说,我不用ZEMAX对此现象分析,用LIGHTTOOLS分析,效果更好,它不能说成鬼影,如果是鬼影或静止的杂光现象,在电路中是 ...

谢谢您对水仙花的解释,但消热差的问题我不认同,如果您用两种材料做出来了设计,可能是对热差,色散和光焦度的一个平衡.同时满足上述三个条件需要解三个方程只两个材料是无解的.

作者: gezj2005 时间: 2007-6-30 21:16
呵呵,对这个我最后一次答复你,在一般的条件下,用两种材料是完全可以实现的,而且你说的三种情况都全部满足要求,光学性能基本上接近衍射极限,在-40到60度内成像质量非常良好,公差良好!实际样品证明一切都是非常好的!在光学设计中,哪一个经典设计是通过解方程可以解出来,设计来自创意,不是简单理论计算或解方程.说实话,目前中国的光学设计水平比国外的差多了,虽然我是个中国人,希望大家好好一起努力!

作者: 设计师 时间: 2007-7-3 00:05
我做的是定焦系统的设计,没有移动部件,如果有移动部件,那么无热设计就简单多了,通过移动部件来补偿焦面的位移,是通常采用的方法.定焦系统没有因为移动镜片而出现的鬼影,但我在做中波光学设计时,对探测器窗口的外缘经过每个镜片后的反射像进行了分析,也就是把探测器外缘做为一个热源,由热源辐射的热经过它前面的每一个镜片后的反射像,看是否正好成像于探测器的光敏面上,发现其中的一个镜片的反射像正好在光敏面上成像.我们把这个现象称为鬼像.虽然这种现象可以通过软件校正的方法去除,但毕竟是有问题存在的.而长波就没有这个现象.
以前认为只要成像质量好了,达到设计要求就可以了,现在看来,深究下去仔细分析,发现问题还很多,光学设计任重而道远.不能够只满足于达到指标要求,还应该在现有的设计中找到问题并解决,这样光学设计才能上一个新的台阶!

作者: gezj2005 时间: 2007-7-3 21:17
我说的也是定焦的, 前面只是介绍概念性的东西.但是无热设计在长波是真的有点难得,我第一次做长波时,因为好多条件限制,做了好长时间啊! 楼上说的是对的,但如果你哪个镜片刚好是调焦透镜或是变焦透镜,那么麻烦就更大了,因为软件只能对一个位置处理,但是透镜一调焦,问题马上就出来了,这种现象在变焦系统里如果不分析,是要冒很大风险的! 往往这种情况下,这个系统就报废了! 我们就遇上过这种情况,不过怎么都没找到原因! 我打算空点时在好好找找原因!

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