中波红外长焦距折反光学系统设计

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中波红外变焦距系统的光学设计[1]

文章编号:100222082(2006)0120032203中波红外变焦距系统的光学设计张　良(中国航空工业一集团洛阳电光设备研究所,河南洛阳471009)摘　要:　由于红外探测系统具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强,能在一定程度上识别伪装目标,且设备体积小、重量轻、功耗低等特点,在军事上被广泛应用于红外导航、红外侦察和红外制导等方面。

近年来,随着红外光学技术的长足发展及其实际应用范围的不断扩展,对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。

本文介绍了一种采用凝视型焦平面阵列探测器的中波红外变焦光学系统的设计,该系统利用了反射镜的折叠光路,其工作波长范围为3～5Λm ,变倍比为20∶1。

最后用COD E V 光学设计软件对其像质进行了评价。

关键词:　红外光学;变焦距系统;光学设计;像质中图分类号:TN 214;TN 924.2+1 文献标识码:AOptica l design for m iddle i nfrared zoom systemZHAN G L iang(L uoyang In stitu te of E lectro 2op tical Equ i pm en t of AV I C ,L uoyang 471009,Ch ina )Abstract :Since infrared system s have featu res such as good atm o sp heric adap tab ility ,p assive fea 2tu res ,an ti 2jamm ing ab ility and s m all vo lum e ,ligh t w eigh t and little pow er con sum p ti on ,they have found w ide app licati on s in navigati on ,su rveillance ,gu idance and m ilitary cam ouflage target detecti on .In recen t years ,the dem and fo r infrared zoom system s is increasing in p ropo rti on w ith the developm en t of infrared techno logy and its app licati on s.T he design of a zoom len s fo r m iddle infrared system w ith a staring focal p lane array detecto r is described in th is p ap er .T he op eratingw avelength of the system is 3～5Λm ,and zoom rati o is 20∶1.T he i m age quality ach ieved w ith the zoom len s is evaluated w ith the COD E V op tical design softw are .Key words :infrared op tics ;zoom system ;op tical design ;i m age quality引言由于红外成像不受低空工作时地面和海面的多路径效应影响,低空导引精度很高,可直接攻击目标要害,具有多目标全景观察、追踪和目标识别能力及良好的抗目标隐形能力等,因此,红外成像技术是目前各军兵种都非常需要的新型高科技技术。

大口径离轴折反式中波红外连续变焦系统设计

（１．ＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｇｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＸｉａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓｎｄａＰｒｅｃｉｓｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｃｓｏｆａｃｏｏｌ３２０ｘ２４０ｄｅｔｅｃｔｏｒｗｉｔｈｓｔａｒｉｎｇｆｏｃａｌｐｌａｎｅａｒｒａｙ，ａｌａｒｇｅａｐｅｒｔｕｒｅｏｆ－
姜凯，－，周泗忠，王艳彬，段晶，赵睿，张恒金
（１．中国科学院西安光学精密机械研究所光电测控研究室，陕西西安７１０１１９；
２．北京跟踪与通信技术研究所，北京１０００９４）
摘要：基于制冷型３２０ｘ２４０凝视焦平面阵列探测器，设计了大口径离轴折反式中波红外连续变焦
制不能做到大口径、共轴折反式连续变焦系统短焦遮拦比大和离轴三反不能做到１００％冷光阑效率的
Hale Waihona Puke 缺陷。满足１００％冷光阑效率，在空间频率１６ｌｐ／ｍｍ处系统的ＭＴＦ值大于０．５，具有像质好，分辨率高等特点，满足设计要求。

高清晰大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计

陈津津，金宁，周立钢，贾星蕊
（昆明物理研究所，云南昆明６５０２２３）
摘要：随着红外热成像系统的不断发展，对红外光学系统也提出了更高的要求。为了满足红外探测器在军事方面的广泛应用，整机系统对高性能、大变倍的红外连续变焦光学系统的需求日益增强。针
关键词：连续变焦；机械补偿；二次成像；冷屏效率
中图分类号：ＴＮ２１６文献标志码：Ａ文章编号：１００７ — ２２７６（２０１３）１０ — ２７４２ — ０６
Ｈｉｅｉｎｆｒａｒｅｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｚｏｏｍｏｐｔｉｃａｌ
ｃｏｍｐｅｎｓａｉｏｔｎｃｏｎｉｎｔｕｏｕｓｚｏｏｍｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｇｒｅａｔｅｒｔｈｎａ３０ｘｚｏｏｍｒｎｇａｅｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄ６４０ｘ５１２ｃｏｏｌｅｄｓｔａｒｉｎｇｆｏｃａｌｐｌｎｅａａｒｒａｙ（ＦＰＡ）ｄｅｔｅｃｔｏｒ，ａｍｅｃｈｎｉａｃａｌ
对高端中波制冷型６４０ｘ５１２凝视焦平面探测器，设计了结构紧凑、性能优良的高清晰大变倍比机械补偿连续变焦光学系统。该系统工作波段为３．７～４．８Ｉｘｍ，Ｆ数为４，变倍比为３５：１，变焦范围为１５～５５０ｍｍ。该系统运用“ 平滑换根 ” 理论，实现了超大变倍比的连续变焦光学系统设计，并且采用二次成像以及４５。反射镜对光路进行ｕ型折叠，在实现了冷屏效率１００％的同时有效控制了该系统的横向和径向尺

折衍射混合中波红外连续变焦光学系统设计

（ＷｕｈａｎＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃｌａＣｏｌｌｅｒｅ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｂｉｇｚｏｏｍｒａｔｉｏｈｙｂｉｄｒｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ／ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｍｉｄ－ｉｎｆｒａｒｅｄｃｏｎｔｉｎｕａｌｚｏｏｍｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｚｏｏｍｌｅｎｓｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｉｓｚｏｏｍｓｙｓｔｅｍｉｓｒｏｆｍ５０ｔｏ５００ｍｍｗｉｔｈ
随着红外技术的发展，对红外热像仪提出了越来越高的使用要求，需要红外热像仪同时满足对目标进行跟踪、探测和识别三项功能，需要热像仪具有不同的视场。且变倍比越大越好。连续变焦光学系统能够保证红外热像仪的视场变化过程中保持图像的连续性，对搜索和跟踪运动目标是非常有利的，因此相对于定焦或两档变焦光学系统。大变倍比的连续变焦光学系统在军事上具有更多的需求。目前红外连续变焦光学系统一般采用机械补偿式或光学补偿式连续变焦方式＿ｌ川，其中机械补偿方式是一组透镜变倍。一组透镜补偿，其变焦曲线是非线性的。可以设计成较大的变倍比，国内外有部分学者做了研究卜Ｊ。衍射元件具有和折射元件互补的温度特性和色

中波红外连续变焦光学系统设计

中波红外连续变焦光学系统设计尹娜，孟庆超，齐雁龙，张运强（中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009）摘要：针对中波红外制冷式凝视焦平面阵列探测器，探讨了红外连续变焦系统的设计方法，并在考虑红外吊舱使用要求的基础上，设计了结构紧凑、质量轻便的机械补偿5×连续变焦光学系统。

该系统工作波段3～5μm，F#为2.0，变焦范围30～150mm，变焦轨迹短而平滑，且在全焦距范围内成像质量良好。

系统由7片透镜组成，采用二次成像结构，在实现冷光阑效率100%的同时缩小了系统径向尺寸。

关键词：吊舱；连续变焦；二次成像；冷光阑效率中图分类号：TN216 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2009)12-0694-04Middle Infrared Continuous Zoom Optical SystemYIN Na，MENG Qing-chao，QI Yan-long，ZHANG Yun-qiang(China Airborne Missile Academy, Luoyang Henan 471009, China)Abstract：The designing process of infrared continuous zoom system for cooling detector with staring focal plane array has been discussed and a mechanical compensation 5× continuous zoom optical system with compact size and low weight has been presented based on the requirements of pod-using. The spectral band of the system is 3～5μm. and F#is 2.0. It can realize 30～150mm continuous zoom with a short and smooth zoom path. In the whole zoom arrange it holds high image quality. The system has 7 lenses adopts secondary imaging structure. It has 100% cold shield efficiency and can reduce the radial size of the system.Key words：pod-using；continuous zoom；secondary imaging；cold shield efficiency引言近些年红外前视侦查、瞄准系统中越来越多的使用红外变焦系统，其中大视场用于在大范围内搜索目标，提高捕获概率，小视场分辨率较高，用于对目标进行识别、分析。

红外系统光学系统

中波红外连续变焦光学系统红外成像技术由于具有众多优势而应用于侦查、制导等军事领域。

连续变焦光学系统是解决大视场搜索小视场分辨的最佳途径。

因此对红外连续变焦光学系统的需求会日益增强。

本文将介绍中波红外连续变焦光学系统的设计方法，并给出设计实例。

设计采用中波红外凝视型焦平面320 μm×240μm像元制冷探测器，探测器像元为30μm×30μm。

系统工作波段为3.7~4.8μm；焦距变化范围20~200 mm；F数为2.5；像高12 mm。

光学补偿型的工作方式是变倍组固定，通过聚焦组与补偿组的移动来实现系统焦距的变化，像面位置在变焦过程中有漂移，如图1所示。

聚焦组与补偿组的移动是同方向等速度的，只需用机械把两镜组连在一起作线形移动即可，因此其机械结构简单、不需要凸轮。

不过镜组必须移动到某些特殊的位置才能得到稳定清晰地像面。

适用于变倍范围和数值孔径较小的系统。

机械补偿型的工作方式是聚焦组固定，变倍组与补偿组按不同的运动规律作较复杂移动以实现变化焦距，像面位置在变焦过程中保持稳定，如图2所示。

机械补偿法可以实现焦距连续变化，但其机械结构复杂、凸轮加工难度大。

不过随着机械加工工艺的提高，机械补偿法的优势越来越明显。

故选择机械补偿式的变焦系统。

共口径双通道红外扫描成像光学系统该系统包括前端共用的双反射系统、分束镜、准直镜组、扫描镜和成像镜组。

光波经过双反射系统在主镜之后被分束镜分成中波红外通道（3μｍ～5μｍ）和长波红外通道（10μｍ～12μｍ），经准直镜组及成像镜组会聚探测器上，实现中波红外系统与长波红外系统共口径同步成像。

长波红外光学系统设计①共用结构两反系统对于两反系统，主镜相对口径的选择主要和两反系统的相对口径有关。

若两反系统焦距较长，主镜相对口径可以取小一些，即焦距长一些，容易加工。

若两反系统焦距较短，主镜的焦距也就越短，在口径一定的情况下，主镜焦距越短，主镜的相对口径就越大，从缩短镜筒长度来说，当然主镜相对口径越大越有利，但加工难度增加，加工难度同相对口径的立方成正比，所以两反系统的相对口径不能取得太小。

光学补偿中波红外变焦光学系统设计

摘要：针对３０４凝视焦平面阵列探测器，２ ×２０设计了一个变倍比为１２的中波光学补偿连续变焦光学系统。该系统由７片透镜和两个反射镜构成，可实现２．ｍ／ｍｍ１０ｒ３０ｎ６ｍ８７０／６ｍｎ２ｌ／ｒｎ四档变焦，工作波段为３～．ｇ．４ｍ，满足１０７８０％冷光阑效率。设计结果表明，该系统具有结构简单、透过率高、体积
位移，从而需要通过一定的方法对像面的移动进行补
足红外系统的性能、外形尺寸、成本和重量等重要指
标要求，具有结构简单、变倍比大、透过率高、体积
偿。按像面补偿方式的不同，通常分为光学补偿和机械补偿两种。早期，由于机械加工精度的限制，多采用光学补偿法，由于成像质量较差，应用不够普遍。２０世纪６０年代后，随着机械加工精度和工艺的改进，
焦系统，焦距变化范围５￣２５ｑｌ倍比５３６ｎｌ，变Ｔ，Ｆ数
为２，采用了１０片透镜。阅文献中设计的光学补偿检变焦系统皆存在变倍比小（ ≤５倍）透镜数量较多（， ≥ １）０片，系统透过率低的共同缺点。本文将对光学补偿变焦光学系统进行探索，针对３０４２ ×２０中波凝视型焦平面探测器，用７片透镜设仅
第３卷第ｌ期２１
２１００年１月１ＩｆｒｅｈｏｏｙｎｒｅＴｃｎｌｇａｄ
Ｖ１２Ｎ０１ｂ．３．１ＮＯ．吕吉，李萍

超长焦距红外双视场光学系统设计

图圆摇物像交换原则云蚤早援圆摇孕则蚤灶糟蚤责造藻燥枣藻曾糟澡葬灶早藻燥遭躁藻糟贼葬灶凿蚤皂葬早藻
通过计算得到院系统总长小于其焦距值袁物镜
口径为员缘园皂皂袁枣摇忆圆越员员皂皂袁均满足安装要求遥圆援圆摇变焦光学系统原理
变焦光学系统是通过改变系统中透镜或透镜
组的位置袁即改变透镜或透镜组之间的间距袁从而
枣摇忆员圆鄢
越
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摇摇所以当变焦组蕴圆从圆鄄员位置移到圆鄄圆位置时袁焦距变化了
枣摇忆员圆枣摇忆员圆鄢
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越茁圆圆援
渊愿冤
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摇摇变焦距系统的最大焦距枣忆皂葬曾和最小焦距枣摇忆皂蚤灶
阅藻泽蚤早灶燥枣蚤灶枣则葬则藻凿燥责贼蚤糟葬造泽赠泽贼藻皂憎蚤贼澡泽怎责藻则鄄造燥灶早枣燥糟葬造造藻灶早贼澡葬灶凿凿怎葬造枣蚤藻造凿鄄燥枣鄄增蚤藻憎
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根据上述公式可以求得二次成像系统的参数如表员所示遥
表员摇系统参数栽葬遭援员摇孕葬则葬皂藻贼藻则泽燥枣泽赠泽贼藻皂
参数名称
枣摇忆员辕皂皂云员辕裕

中波红外长焦距折反光学系统设计

第8卷　第2期2015年4月　中国光学 Chinese Optics Vol.8　No.2　Apr.2015 收稿日期:2014⁃10⁃17;修订日期:2015⁃01⁃15 基金项目:装备预研基金资助项目(No.51301060207)文章编号　2095⁃1531(2015)02⁃0234⁃07中波红外长焦距折反光学系统设计虞林瑶1,2∗,魏　群1,张天翼1,2,王　超1,韩景壮1,朱瑞飞1,宋宝奇1,贾宏光1(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)摘要:针对多模制导中长焦距红外光学系统结构紧凑及宽温度范围热稳定性的要求,设计了一种中波红外折反光学系统。

该系统根据其它模式制导的要求,采用固定焦距和口径的主镜,通过二次成像,在保持长焦距的同时减小了透镜的口径,降低了到达中继成像系统主光线的高度,同时也降低了制造成本。

设计了波长为3.7~4.8μm、焦距f 为300mm、F 数为2的中波红外成像系统。

结果表明,该系统结构紧凑像质优良,各视场光学传递函数均大于0.6,接近衍射极限,并且在-50~70℃可实现光学被动消热差。

针对该光学系统进行了公差分析并提出了抑制杂散辐射的方法,该系统满足实际加工和应用需求。

关　键　词:红外光学系统;折反系统;无热化中图分类号:TN215;TH691.9 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20150802.0234Design of long focal infrared catadioptric optical system for multi⁃guided systemYU Lin⁃yao 1,2∗,WEI Qun 1,ZHANG Tian⁃yi 1,2,WANG Chao 1,HAN Jing⁃Zhuang 1,ZHU Rui⁃fei 1,SONG Bao⁃qi 1,JIA Hong⁃guang 1(1.Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China ;2.University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :yulinyao 87@ Abstract :In order to meet the requirement of compact structure and athermal stability with wide temperature range,a middle infrared catadioptric optical system is designed.According to the requirements of other guided modes,the focal length and aperture of the primary mirror is fixed.The height of the principal ray reaching the relay system can be reduced.The aperture of the lens can be decreased,which will lower the cost.Acompact infrared imaging system with a wavelength 3.7-4.8μm,focal length f =300mm,F number 2,is presented in this paper.The results show that the system performs well and the optical transfer function of each field is close to the diffraction limit.Between –50-70℃,passive optical athermalization can be realized inthis system.For this system,the tolerance analysis and some ways of resisting the stray light are presented atlast.It shows that the MIR system meet the demand of actual processing and application. Key words:infrared system;catadioptric system;athermalization1　引　言近年来,随着红外探测器技术的飞速发展,探测器像元尺寸逐渐缩小,面阵规模逐渐增大,这为设计简单、紧凑、远作用距离的前视红外光学系统奠定了基础。

30x中波红外连续变焦光学系统设计

ｒｓｌｉｎａｄｅｃｌｎｍａｅｎｗｈｌａｇｆｔｅｆｃｌｌｎｔｎｄｉｏｄｓｉｌｆｃｅｃｓ１０％．ｅｏｕｔｘｅｌｔｉｇｓｉｏｅｒｎｅｏｏａｅｇｈ，ａｔｃｌｈｅｄｅｏｎｅｈｓｉｉｎｙｉ０Ａｎｔｈｓｔｅａｖｎａｅｆａａｇｏｍａｉｄｉａｄａｔｇｓｏｌｅｚｏｈｒｒｔｏ．ｃｍｐｃｔｕｔｒｄｈｒｐｉａｅｔｏａｔｓｒｃｕｅａｓｏｔｏｔｌｌｎｇｈ．Ｔｈｙｔｍｎｃｅｓｓｅｓｔｓｉｓｔｅｄｓｇｅｕｒｍｅｔ．ａｉｆｅｅｉｎｒｑｉｅｎｓｈＫｅｒ：ｏｔｃｅｉｎ；ｉｆａｅｙｔｍ；ｃｎｉｕｕｏｍ；ｌｒｅｚｏｒｔｙｗｏｄｓｐｉａｄｓｇｌｎｒｄｓｓｅｒｏｔｎｏｓｚｏａｇｏｍａｏ；ｉ
摘要：基于制冷型３０２０凝视焦平面阵列探测器，设计了３ｘ中波红外大倍率连续变焦光学系２￣４０
统。细介绍了连续变焦光学系统的选型及其初始结构的计算方法。详系统采用硅和锗两种普通红外材料，通过引入非球面校正系统轴外像差，实现了３～０ｍ的连续变焦，０９０ｍＦ数为４工作波段为３～．ｐ，．４８，７ｍ，满足１００％冷光阑效率，空间频率为１ｌ／处，在６ｐｍｍ系统ＭＴＦ值大于０５．。系统具有变倍比大，结构紧

长焦距大变倍比中波红外变焦距系统设计

３．ＫｅｂｒｔｒｆＦｕｄｍｅｔｌｃｅｃｏｔｏａｆｎｓｆＡｅｏａｄＧｒｕｄＬａｅｍｍｕｉａｉｎＴｅｈｏｏｙ，ＣｈｎｃｕｙＬａｏａｏｙｏｎａｎａＳｉｎｅｆｒＮａｉｎＤｅｅｅｏｒｎｏｎｓｒＣｏｌｎｃｔｃｎｌｇｏａｇｈｎ
Ｓｉｎｅ，ｈｎｃｕ３０３ｈｎ；２ＧａｕｔｉｅｓｙｏｉｅｅＡａｅｆＳｉｎｅ，ｅｉｇ１０４，ＣｉａｃｅｃｓＣａｇｈｎ１０３，Ｃｉａ．ｒｄａｅＵｎｖｒｔｆＣｈｊ
ＵｎｖｒｉｆＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｉｅｓｙｏｃｃｅｈｏｏｙ，Ｃｈｇｈｎ１０２，ｈｎ）ｔｅｎｎａｃｕ３０２Ｃｉａ
Ａｂｓｒｃ：Ｉｒｅｏａｈｅｅｔｅｎｅｓｏｉｈｚｏａｉｎｏｇｆｃｌｌｎｔｔｉｐｅｔｕｔｒｎｔａｔｎｏｄｒｔｃｉｖｈｅｄｆｈｇｏｍｒｔａｄｌｎｏａｅｇｈｗｉｓｍｌｓｒｃｕｅｉｏｈｉｆａｅｃｎｉｕｏｚｏｏｔｃｌｙｔｍ，ｄｆｒｃｉｅｕｆｃｗａｅｐｏｅｎｐｉａｓｓｅ．Ａｈｂｒｄｎｒｒｄｏｔｎｕｓｏｍｐｉａｓｓｅｉｆａｔｓｒａｅｖｓｍｌｙｄｉｏｔｃｌｙｔｍｙｉｒｆａｔｖｅｃｉｅ—ｄｆｒｃｉｅｏｍｏｔａｓｓｅｗｏｋｉｇｎｒｉｆａｔｖｚｏｐｉｌｙｔｍｃｒｎｉ３．７—４．ｘｗａｄｓｇｅ８Ｉｍｓｅｉｎｄ．ｔｅｙｔｍｂｅｋｓｈｓｓｅｒａｔｒｕｈｔｅｌｔｔｎｓｏｒｄｔｏａｅａｔｅｚｏｌｎｓｓｅｈｃａｏｉｕｔｎｏｓｙａｉｆｅｈｏｇｉａｉｆｔａｉｎｌｒｆｃｉｏｍｅｓｙｔｍｗｉｈｃｎｎｔｓｍｌｅｕｌｓｔｓｙｔｈｍｉｏｉｒｖａｈｒｑｉｅｅｔｆｈｇｏｍａｏ，ｌｎｏａｅｇｈａｄｓｍｐｅｓｒｃｕｅｅｕｒｍｎｓｏｉｈｚｏｒｔｉｏｇｆｃｌｌｎｔｎｉｌｔｕｔｒ．Ｔｈｏｍａｉｆｔｅｓｓｅｉｅｚｏｒｔｏｙｔｍｓｏｈ

折反式中波红外双视场变焦系统无热化设计

（１．ＸｉａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ０ｆＯｐｔｉｃｓｎｄａＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃｓｏｆＣＡＳ，Ｘｉｎａ７１０１１９，Ｃｈｉｎａ；
衍射极限，成像质量良好，实现了双视场变焦系统的无热化设计。
关键词：红外变焦系统；折，衍混合；无热化；光学设计
中图分类号：ＴＮ２１６文献标志码：Ａ文章编号：１００７ — ２２７６（２０１３）０２ — ０４０３ — ０５
第４２卷第２期
ＶＯ１．４２ＮＯ．２
红外与激光工程
ＩｎｆｒａｒｅｄａｎｄＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０１３年２月
Ｆｅｂ．２０１３
折反式中波红外双视场变焦系统无热化设计
ห้องสมุดไป่ตู้
２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ；３．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｒａｃｋｉｎｇｎｄａＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｂｉｄｒｒｅｒａｆｃｔｉｖｅ — ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｄｅｓｉｇｎｏｆｆｅｒｓａｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒａｔｈｅｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｎｗｉｄｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｏｒｋｉｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｈｔｉｓｉｎ３－５ｔｘｍ．Ｆｏｒｃｏｏｌ３２０ｘ２４０ｉｎｒａｆｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｐｉｘｅｌｓｉｚｅ３０Ｉｘｍｘ３０ｍ，ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｅａｌｉｚｅ４００ｉｎｉｎａｎｄ８００ｉｎｎ３ｄｕａｌｆｉｌｅｄ — ｏｆ－ｖｉｅｗａｎｄｈｅｔＦ— ｎｕｍｂｅｒｏｆ２／４ｒｅｓｐｅｃｉｖｔｅｌｙ．Ｔｗｏｓｙｓｔｅｍｓｂｏｔｈｃａｎｏｂｔａｉｎｔｈｅｃｏｌｄｓｈｉｅｌｄｅｉｃｆｉｅｎｃｙｏｆ１００％ｔｈｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｓｕｒｆａｃｅｗａｓｉｎｒｏｔｄｕｃｅｄｉｎｈｅｔｓｈａｒｅｄｐａｒｔｏｆｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｉｔａｃｈｉｅｖｅｔｈｅａｈｅｔｒｍａｌｄｅｓｉｇｎｕｓｉｎｇｏｎｌｙｏｎｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｈｅｔｓｙｓｔｅｍｗａｓｇｉｖｅｎｉｎｈｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅ一４０—６０ｏＣＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｔｈｅｔｓｐａｔｉａｌｒｅｆｑｕｅｎｃｙｏｆ１８

中波红外连续变焦光学系统

第15卷　第7期2007年7月光学精密工程　Optics and Precision Engineering Vol.15　No.7 J ul.2007 收稿日期:2007201222;修订日期:2007203220. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.60471024)文章编号　10042924X (2007)0721038206中波红外连续变焦光学系统郜洪云1,熊　涛2,杨长城2(1.武汉理工大学,湖北武汉430070;2.华中光电技术研究所,湖北武汉430074)摘要:针对制冷式320×240凝视焦平面阵列探测器,设计了一个中波红外连续变焦光学系统。

该系统由变焦物镜系统和二次成像系统构成,包括7片透镜,引入一个非球面,并采用两个反射镜折叠光路。

利用变焦系统原理和光学设计软件给出了系统的光学参数和外形结构图,并对其像质和冷反射进行了系统分析。

该系统可以实现50～500mm 的连续变焦,工作波段为3.7～4.8μm ,满足100%冷光阑效率。

结构紧凑,像质较好,变焦行程短,变焦轨迹平滑。

关　键　词:红外光学系统;连续变焦;光学设计中图分类号:TN216 文献标识码:AMiddle infrared continuous zoom optical systemGAO Hong 2yun 1,XION G Tao 2,YAN G Chang 2cheng 2(1.W uhan Uni versit y of Technolog y ,W uhan 430070,Chi na;2.H uaz hon g I nstit ute of O ptoelect ronic Technolog y ,W uhan 430074,Chi na )Abstract :For cool 320×240detector wit h staring focal plane array ,a middle inf rared continuous zoom a optical system was presented.The optical system using optical configuration of reflect mirror fold is composed of a zoo m object lens system and a secondary imaging system ,including seven lenses and two reflectors.Based on t he p ractical requirement and feat ure parameters of detector ,t he optical de 2sign parameters were given.U sing zoom system principle and optical design software ,t he schematic diagram ,modulatio n t ransfer f unction (M TF )curve ,spot diagram ,and Root Mean Square (RMS )value of t he spot diameter were investigated.Finally ,t he cold reflection ray 2t racing of short EFL end was st udied and t he correlative schematic diagram was also given.The result s indicate t hat t he optical system wit h 3.7～4.8μm spect ral region can realize 50～500mm continuous zoom and satisfy 100%cold shield efficiency.It has t he advantages of simple st ruct ure ,high image quality ,short zoom pat h and smoot h zoom locus.And moreover ,only one asp heric surface is adopted in t he system ,so t he system is in a low p rice and easy to machine and adjust.K ey w ords :infrared optical system ;continuous zoo m ;optical design1　引　言红外成像系统以其自身的优良特点,如被动工作方式,不会被敌方电子干扰、隐蔽性好;图像直观,易于观察;精度高;低空探测性能好等,在警戒、侦察、地面防空和制导等军事领域中得到了广泛应用,受到众多相关研究人员的关注[125]。

长波红外连续变焦光学系统的设计

第４０卷第７期
Ｖｏ．０ＮＯ．１４７
红外与激光工程
ＩｆａｅｎｓｒＥｎｉｅｒｇｎｒｄａｄＬａｅｇｎｅｉｒｎ
２１０１年７月
Ｊ．２ｕ１０１Ｉ
长波红外连续变焦光学系统的设计
高、积小、质好等特点，应用于众多光电探测领域。体像可
关键词：红外光学；变焦距系统；光学设计
中图分类号：ＴＢ１３３文献标志码：Ａ文章编号：０７２７（０１０ —１７ — ３１０ — ２６２１）７２９０
长足发展，对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。针对３０２６凝视型焦平面阵列探测器，２￣５设计
了长波红外连续变焦光学系统。其工作波长范围为８１ｍ，～２ＩＦ数为２５变倍比为１：。并用光学设ｘ．，０ｌ计软件ＣＤＯＥＶ进行了仿真计算和像质评价，系统在空间频率１／ｍ处，焦距范围内调制传递６ｌｍｐ全函数在０３．５以上，近衍射极限。设计结果表明，接长波连续变焦红外光学系统具有变倍比大、分辨率
ｔｔｈｓｏｔｃｌｙｔｍｓａｇｏｍａｉｈａｔｉｐｉａｓｓｅｈａｌｒｅｚｏｒｔｏ，ｈｇｅｏｕｏｉｈｒｓｌｔｎ，ｓａｌｖｌｍｅａｄｅｃｌｅｔｉａｅｑａｉｉｍｌｏｕｎｘｅｌｎｍｇｕｌｔｙ．

大面阵中波红外连续变焦光学系统设计

大面阵中波红外连续变焦光学系统设计骆守俊;何伍斌;李文虎;徐明轩【摘要】A mid-wavelength continuous zoom optical system was presented for a staring Focal Plane Array(FPA) infrared detector by cooling assembly. The optical system with an optical configuration of reflect mirror fold was composed of a zoom object lens system and a secondary imaging system including seven lenses and two reflectors. On the basis of zoom principles, the systemic structure and design parameters were given by using special optical design software, then the schematic diagram and imaging quality were investigated. Finally, the performance and indexes of the system were verified. The results indicate that the system can offer a 50-500 mm continuous zoom and 100% cold shield efficiency. Moreover, the Modulation Transfer Function (MTF) in whole fields at Nyquist frequency is over 0. 35 and the whole field distortion is below 2%. These results show that the system is characterized by high resolution, thermal sensibility,excellent images and smooth zoom locus.%针对制冷式大面阵640×512凝视焦平面阵列探测器,设计了一套中波红外连续变焦光学系统.该系统由变焦系统和二次成像系统构成,包括7片透镜和2个反射镜组成的折叠光路.首先,根据变焦原理和专业光学设计软件给出了系统结构及其参数.然后,分析了系统的像质和冷反射效应.最后,验证了系统的性能指标.结果表明:该系统可以实现50～500 mm的连续变焦,变焦过程中目标景物始终清晰可见;系统在耐奎斯特频率处的全视场光学传递函数大于0.35,全视场畸变小于2％,无冷反射现象;具有分辨率高、热灵敏度高、像质好、变焦轨迹平滑等特点,基本满足设计要求.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2012(020)010【总页数】6页(P2117-2122)【关键词】红外光学系统;连续变焦;大面阵探测器;光学设计【作者】骆守俊;何伍斌;李文虎;徐明轩【作者单位】华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN2161 引言红外成像系统以被动工作方式，具有抗电子干扰、隐蔽性好、图像直观、易于观察、精度高、低空探测性能好等优势，在警戒、侦察、地面防空和制导等军事领域中得到了广泛应用，从而受到各国相关研究机构及人员的关注［1－3］。

长焦距RC型折反射光学系统设计

长焦距RC型折反射光学系统设计本文研究内容是在前人这么多已经成型的折反射系统中加入R-C系统。

卡塞格林系统没有轴外视场,而R-C系统除了零视场之外,再增大一些视场,成像质量仍然很好。

评价一个光学设计的好坏,一方面要看它的光学特性和成像质量,另一方面还要看结构的复杂程度。

在满足光学特性和成像质量要求的条件下,系统的结构最简单,这才算是一个好的设计。

R-C型折反射光学系统可以折叠光路,使系统结构紧凑,起到缩小体积,减轻重量的作用。

所以此系统一般应用在大型光学系统和空间光学系统中。

2 R-C型折反射光学系统的原理R-C系统是由两个双曲面反射镜构成,主次两个双曲面镜可以校正球差,彗差和场曲。

R-C系统能够校正轴外视场的像差,在较大视场内获得较高的成像质量,避免在像的中心产生模糊。

在焦面处放置一校正镜时,可以同时校正像散和场曲,而且校正镜不会带来球差和色差,使系统成为无像差系统。

3技术指标和原是结构计算3.1 技术指标焦距f=5000;视场2w=0.25。

;光圈数F=10;波长范围510～656.3nm;中心遮拦比为1/3;畸变小于1%;每毫米100线对的MTF 值大于0.3。

3.2 原始结构的计算设轴向光束在主镜的光线高度为h1,在副镜的光线高度为h2, d为两个反射镜之间的距离, 为副镜到像面之间的距离, 为副镜的垂轴放大倍率;其中,焦距, 可以自由取值-1.8～-2.3之间。

通过对技术指标的分析与研究,以及具体公式的运算:(3-1)4 原始结构的确立和像差校正4.1 原始结构的确立因为RC系统的两个反射镜均是非球面的双曲面反射镜,所以原始数据中应该设有非球面系数;又因为双曲面的非球面系数为小于-1的数,因为原始数据不能满足设计的要求,所以必须要在原始数据的基础上进行修改,优化和调整。

由于折反射系统中必须设置遮拦,那就是在RC系统中设置中心遮拦。

在初始结构中,我把孔径光阑设置在副双曲面镜位置上,而在副镜面位置处要设置一个虚平面,记为第一面。

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ＹＵＬｉｎ．ｙａｏ，，ＷＥＩＱｕｎ，ＺＨＡＮＧＴｉａｎ — ｙｉ，ＷＡＮＧＣｈａｏ，ＨＡＮＪｉｎｇ．Ｚｈｕａｎｇ，
ＺＨＵＲｕｉ — ｆｅｉ，ＳＯＮＧＢａｏ — ｑｉ，ＪＩＡＨｏｎｇ－ｇｕａｎｇ
ｔｈｅｒｅｌａｙｓｙｓｔｅｍｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅａｐｅｒｔｕｒｅｏｆｔｈｅｌｅｎｓｃａｎｂｅｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｌｏｗｅｒｔｈｅｃｏｓｔ．Ａ
虞林瑶，魏群，张天翼，王超，韩景壮， பைடு நூலகம்瑞飞，宋宝奇，贾宏光
（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）
摘要：针对多模制导中长焦距红外光学系统结构紧凑及宽温度范围热稳定性的要求，设计了一种中波红外折反光学系统。该系统根据其它模式制导的要求，采用固定焦距和口径的主镜，通过二次成像，在保持长焦距的同时减小了透镜的口径，降低了到达中继成像系统主光线的高度，同时也降低了制造成本。设计了波长为３．７— ４．８ｍ、焦距．厂为３００ｍＩｎ、Ｆ数为２的中波红外成像系统。结果表明，该系统结构紧凑像质优良，各视场光学传递函数均大于０．６，接近衍射极限，并且在一５０～７０℃可实现光学被动消热差。针对该光学系统进行了公差分析并提出了抑制杂散辐射的方法，该系统满
２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｆｏＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｑｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ）
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ— ｍａｉｌ：ｙｕｌｉｎｙａｏ８７＠１６３．ｃｏｍ
第８卷
第２期
中国光学
ＣｈｉｎｅｓｅＯｐｔｉｃｓ
Ｖｏ１．８Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１５
２０１５年４月
文章编号
２０９５ — １５３１（２０１５）０２－０２３４－０７
中波红外长焦距折反光学系统设计
足实际加工和应用需求。
关
键
词：红外光学系统；折反系统；无热化
文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／Ｃ０．２０１５０８０２．０２３４
中图分类号：ＴＮ２１５：ＴＨ６９１．９
（１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，
ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ；
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄａｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｗｉｄｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅ，ａｍｉｄｄｌｅｉｎｒａｆｒｅｄｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｏｔｈｅｒｇｕｉｄｅｄｍｏｄｅｓ，ｔｈｅｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈａｎｄａｐｅｒｔｕｒｅｏｆｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｍｉｒｒｏｒｉｓｉｆｘｅｄ．Ｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌｒａｙｒｅａｃｈｉｎｇ
ｃｏｍｐａｃｔｉｎｒｆａｒｅｄｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈａｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ３．７— ４．８Ｉｘｍ，ｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈ／＝３００ｍｍ，Ｆｎｕｍｂｅｒ２，ｉｓ
Ｄｅｓｉｇｎｏｆｌｏｎｇｆｏｃａｌｉｎｆｒａｒｅｄｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｕｌｔｉ－ｇｕｉｄｅｄｓｙｓｔｅｍ