折／衍混合红外物镜超宽温度消热差设计

合集下载

轻小型折衍射混合红外中波摄远物镜无热化设计

轻小型折衍射混合红外中波摄远物镜无热化设计牟蒙;牟达;马军;李卓【摘要】由于红外具有能识别伪装、可昼夜工作和被动工作的优势而被广泛地应用于跟踪和搜索系统。

而这些系统要求红外光学系统成像清晰、结构紧凑、可适应较大的温度变化。

依据光学被动消热差的方法设计了可在较宽温度范围工作、成像质量优良、结构紧凑、体积小的红外中波摄远物镜，其摄远比可达到0.6。

系统参数如下：工作波段为3～5m，焦距150 mm，F数为3，工作温度为－40℃～60℃。

设计结果显示，该系统仅采用3片透镜并利用衍射元件消热差完成了无热化的要求，减少了系统的成本及重量，传递函数在17 lp/mm处均在0.8以上，与衍射极限十分接近，满足在宽温度范围内工作成像质量高及系统小型化的要求。

%Infrared system has many advantages, such as recognizing camouflage, working all day, passive work and so on, so it is widely used in tracking and searching systems. However, these systems require that the infrared optical system has clear image, compact structure and can adapt to large temperature variations. According to the optical passive athermalized methods, a mid-wave infrared telephoto lens is designed. It can work in a wide temperature range, has excellent image quality, compact structure, and small volume. The telephoto ratio can reach 0.6. The parameters of system are as follows:working band is 3-5m, focal length is 150 mm, F number is 3, and the working temperature is -40℃-60℃. The results show that the system only uses three lenses and diffractive elements to achieve athermalization requirements. It reduces cost and weight of the system, modulation transfer function is above 0.8 at17 lp/mm and close to the diffraction limit. It achieves the requirements that have excellent image quality over a wide temperature range and miniaturization.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P387-391)【关键词】红外中波摄远物镜;无热化设计;折衍射混合系统;结构紧凑【作者】牟蒙;牟达;马军;李卓【作者单位】长春理工大学现代光学测试实验室，吉林长春 130022;长春理工大学现代光学测试实验室，吉林长春 130022;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130022;长春理工大学现代光学测试实验室，吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】TN216由于红外具有可以实现远距离、全天候观察、被动接收信息隐蔽性好等优点，这些特点特别适合在军事领域的应用，因此，各国都以巨额投资竞相开展红外这一领域的研究工作。

折衍混合F_0_65红外物镜设计

５月
赵存华等：折衍混合Ｆ／０．６５红外物镜设计
－５３３－
图４场曲和畸变Ｆｉｇ．４Ｆｉｅｌｄｃｕｒｖａｔｕｒｅ＆ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ
图５折衍混合式红外镜头的色差Ｆｉｇ．５Ａｘｉａｌｃｏｌｏｒｏｆｈｙｂｒｉｄｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ－ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｆｒａｒｅｄｌｅｎｓ
第２６卷第５期２００８年５月
文章编号：１００４－３９１８（２００８）０５－０５３１－０３
河南科学ＨＥＮＡＮＳＣＩＥＮＣＥ
Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．５Ｍａｙ２００８
折衍混合Ｆ／０．６５红外物镜设计
赵存华，鲁高奇
（洛阳师范学院物理与电子信息学院，河南洛阳４７１０２２）
３结论
设计了三片折衍混合式红外物镜，焦距为５０ｍｍ，Ｆ数０．６５，视场２!＝１０°．成像质量良好．
参考文献：
［１］ＢａｌｃｅｒａｋＲＳ．ＵｎｃｏｏｌｅｄＩＲｉｍａｇｉｎｇ：ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｔｈｅｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｒｏｃｏｆＳＰＩＥ，１９９９，３６９８：１１０－１１８．［２］沈为民，薛鸣球，余建军．大视场大相对孔径长波红外物镜［Ｊ］．光子学报，２００４，３３（４）：４６０－４６３．［３］ＳｗａｎｓｏｎＧＩ，ＶｅｌｄｋａａｍｐＷＢ．Ｉｎｆｒａｒｅｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｏｆＳＰＩＥ，１９８８，８８５：２２．［４］金国藩，严瑛白，邬敏贤．二元光学［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９９８．［５］ＤａｖｉｄｓｏｎＮ，ＦｒｉｅｓｅｍＡＡ，ＨａｓｍａｎＥ．Ａｎａｌｙｔｉｃｄｅｓｉｇｎｏｆｈｙｂｒｉｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ－ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅａｃｈｒｏｍａｔｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌＯｐｔ，１９９３，３２（２５）：

轻量化超宽温度折_衍混合红外热像仪光学系统设计

：／ＡｂｓｔｒａｃｔＡｈｂｒｉｄｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅＩＲｔｈｅｒｍａｌｉｍａｅｒｗｉｔｈｌｉｈｔｗｅｉｈｔａｎｄｗｉｄｅｔｅｍｅｒ－ｙｇｇｇｐａｔｕｒｅｒａｎｅｗａｓｄｅｓｉｎｅｄ．Ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｗａｖｅｌｅｎｔｈｗａｓ３．７μ ｍ～４．８μ ｍ；ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅａｅｒ－ｇｇｇｇｐ／ｔｕｒｅｗａｓ１２；ｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｆｏｃａｌｌｅｎｔｈ（ＥＦＬ）ｗａｓ１２０ｍｍ；ｔｈｅｆｕｌｌｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｗａｓ５．１８ ° ｇａｎｄｔｈｅｓｓｔｅｍｓａｔｉｓｆｉｅｄ１００％ｃｏｌｄｓｈｉｅｌｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃ．Ｔｈｅｓｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｒｅｅｌｅｎ－ｙｙｙｇ，ｓｅｓａｎｄｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓ－ＳｉＧｅ－ａｎｄａｎａｓｈｅｒｉｃｓｕｒｆａｃｅａｎｄａｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｔｏｒｅ－ｐａｌｉｚｅｏｅｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｌｉｈｔｗｅｉｈｔａｎｄｗｉｄｅｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｒａｎｅ．Ｔｈｅｉｍａｉｎｕａｌｉｔｏｆｔｈｅｓｓ－ｐｇｇｐｇｇｇｑｙｙｔｅｍａｒｏａｃｈｅｓｔｏｔｈｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｌｉｍｉｔａｔ－６０℃ ～１６０℃．Ｉｔｉｓｃｏｍａｔｉｂｌｅｗｉｔｈｔｈｅｓｔａｒｉｎｍｉｄ－ｐｐｐｇｉｘｅｌｉｔｃｈｗａｖｅｉｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒｗｈｉｃｈｈａｓａｆｏｒｍａｔｏｆ２５６×２５６ａｎｄｔｈｅｏｆ３０μ ｍ．Ｔｈｅｓｓ－ｐｐｙｔｅｍｃａｎｒｅｃｏｎｉｚｅｔｈｅｔａｎｋｆｒｏｍ２．３ｋｍ．ｇ：；／ＫｅｗｏｒｄｓＩＲｔｈｅｒｍａｌｉｍａｅｒｏｔｉｃａｌｓｓｔｅｍ；ｈｂｒｉｄｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｇｐｙｙｙ

折／衍混合民用车载大像面长波红外消热差镜头设计

温度特性及设计消热差系统的原理。通过合理的选择衍射面的基底材料，用ＣＯＤＥＶ对系统进行优化设计。设计结果表明：系统在工作波段８￣１２ｇｍ，厂＝２１ｍｍ，Ｆ数为１．４时在－４０￣Ｃ￣８０￣Ｃ的温度范围内调制传递函数ＭＴＦ大于Ｏ．３，符合消
第３６卷第６期
２０１３年１２月
长春理工大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
摘
理学院，长春
１３００２２；
１３００２１）
要：为满足民用车载红外视觉增强系统的迫切需求，针对３８４ｘ２８８型像元尺寸为３８ｇｍｘ３８￣ｍ的非制冷探测器，利用衍
射元件的光热特性采用光学被动式消热差方法设计了一个折／衍混合大像面长波红外消热差镜头，介绍了折／衍光学元件的
ａｔｈｅｒｍａｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｒａｔｉｏｎａｌｌｙｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｍａｔｅｒｉａｌｏｆｄｉｆｒａｆｃｔｉｖｅｓｕｒｆａｃｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｗｉｔｈＣＯＤＥＶ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｗｈｉｌｅｔｈｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓ８￣１２ｇｍ，ｔｈｅｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈ

红外折衍混合摄远光学系统无热化设计

红外折衍混合摄远光学系统无热化设计张婉怡【摘要】为了提高远距离红外目标的探测能力,针对640 pixel×512 pixel红外CCD探测器,分析温度变化对光学系统的影响,设计出一种波长范围为8 μm~12 μm红外摄远物镜.系统采用折衍混合结构形式,焦距为200 mm,相对孔径为1:2.2,视场角为7°,具有体积小,结构紧凑的优点.仅使用硫化锌、硒化锌和锗3种材料以及4片透镜实现了无热化设计.应用Zemax对设计结果进行像质评价,在-40 ℃~+60 ℃工作温度范围内,截止频率为17 lp/mm时各视场调制传递函数值超过0.4,达到衍射极限,像面稳定,80%的能量集中在1个像元内,满足光学系统的设计要求.%In order to improve target detection ability of IR images in long range effectively, an infrared telephoto objective for 8 μm~12 μm wave-band is designed for 640 pixel×512 pixel infrared CCD det ector.Effects of surrounding environmental temperature are analyzed and refractive diffractive hybrid thermal compensation is discussed.Focal length of the system is 200 mm, relative aperture is 1:2.2 and field of view is 7°.Infrared telephoto system with small volume and compact structure is designed in a large range of temperature.The system is composed of four lenses with only three materials of zinc sulfide, zinc selenide and germanium to compensate for the temperature.Image quality of the system is evaluated by ZEMAX optical design software.Results show that modulation transfer function (MTF) for each field of view at cut-off frequency of 17 lp/mm is greater than 0.4 which approaches diffraction limit.Root mean square radius of spot diagram for each field of view is close to Airy diskradius.Telephoto objective has favorable performance at working temperature of-40 ℃~+60 ℃.The system meets the requirements of technical specification.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】7页(P12-18)【关键词】红外摄远物镜;光学设计;折衍混合;无热化;目标探测【作者】张婉怡【作者单位】长春理工大学光电信息学院,吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】TN219近年来红外成像技术已成为目标探测技术发展的方向之一，低成本的非制冷热成像技术也随着红外热成像技术发展起来。

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

折_衍混合的红外双视场光学系统设计

代传统的双胶合透镜, 以减少光学系统中的透镜片
数, 起到缩小体积和减轻重量的作用.
衍射光学元件的加工技术在一定程度上限制了
其在光学工程中的应用. 目前金刚石车削技术广泛
用于红外光学材料上衍射面的加工[ 8] . 实际设计的
光学系统一般具有一定带宽的光谱范围, 但实际加
工时环带深度只和设计波长相对应, 那么其它波长
3. 7~ 4. 8 m 9. 2 7. 3 / 4. 6 3. 7
EFL
60 mm / 120 mm
Object distance r ang e
Sho rt EFL : 4. 5 m~ ! ; L ong EFL : 9 m~ !
F number
2
Wo rking temperatur e Sy st em length
透镜直径, RT 为刀具半径, d 是环带深度, n∀total 为总
环带数, n∀ 为 1~ n∀total 之间的整数, #i 是波长的权
重. 当刀具半径 RT 为 0. 762 mm, 透镜直径 D 为
25 mm, 环带深度 d= 0. 001 4 mm, 总的环带数
n∀total 为 4, 9 视场 33 lp/ mm 的光学传递函数设计值
但是传统的折射式多视场系统要满足轴外像差及色差的校正必须以结构复杂化光学元件数量多为代价且需采用多种玻璃材料混合使用加上红外波段可应用的光学材料非常稀少在这种情况下衍射光学元件所具有的消色差简化系统结构等优点使得在传统红外多视场光学系统中引入衍射元件具有现实意义46
第 39 卷第 11 期 2010 年 11 月
制传递函数( M odulat ion F ransf er F unction, MT F) 大于 0. 3, 冷光阑效率达到 100% , 系统光学总长为

8_12_m折_衍混合监视系统无热化设计--我审的文章

引言
随着非制冷探测器技术的发展，长波红外非制冷光学系统在军事和民用领域得到广泛的应用。在一些特殊的使用场合中，红外光学系统的工作温度变化范围很大，由于光学材料与结构材料的热效应，当环境温度变化时，将引起系统焦距变化，像面位移，成像质量恶化。因此，在这种情况下，应充分重视温度变化对光学系统性能的影响，使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量，而采取消除或降低温度变化对光学系统的影响的技术称为无热化技术。目前，无热化技术有三种方法：电子主动式、机械被动式和光学被动式[1]。电子主动式无热化技术和机械被动式无热化技术会使系统复杂、体积变大、重
Table 3
度范围内,系统在空间频率 16 lp/mm 处，全视场 MTF 值达 0.6，成像质量接近衍射极限。系统中引入衍射面和高次非球面，二者相互配合，不仅简化了系统结构，更大大提高了成像质量。该系统具有工作温度范围宽、结构简单、体积小、重量轻、易于装调等优点。
参考文献：
[1] 郑志伟, 白晓东, 胡功衔, 等. 空空导弹红外导引系统设计[M]. 北京: 国防工业出版社, 2007: 162-165. [2] 奚晓, 李晓彤, 岑兆丰. 被动式红外光学系统无热设计[J]. 光学仪器, 2005, 27(1): 42-46. [3] Jamleson T H. Thermal effects in optical systems[J]. Opt. Eng., 1981, 28(2): 156-160. [4] Behrmann G P, Bown J P. Influence of temperature on diffractive lens performance[J]. Appl. Opt., 1993, 32(14): 2483-2489. [5]

中波红外折衍光学系统消热差设计与杂光分析_林福跳

文章编号:1002-2082(2010)05-0833-05中波红外折衍光学系统消热差设计与杂光分析林福跳1,2,刘朝晖1(1.中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安710119;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘　要:论述了红外折衍混合消热差光学系统的设计原理与方法,利用衍射光学元件特性进行消热差与色差,设计出工作波段为3.5μm ～ 5.2μm 、F 数为2、焦距为100mm 、全视场角7°,具有100%冷屏效率的折衍混合消热差光学系统。

对系统进行杂光分析,理想成像光线的像面辐照度为1.5×104W /m 2,其他非成像光线的像面辐照度为2W /m 2。

该系统在-50℃～80℃的温度范围内成像质量接近衍射极限,适用于像元尺寸为30μm 、像元数320×256的致冷型红外焦平面阵列探测器。

关键词:消热差;衍射光学;光学设计;中波红外中图分类号:TN 21 文献标志码:AMWIR refractive /diffractive hybrid athermal optical systemand its stray light analysisLIN Fu-tiao 1,2,LIU Zhao-hui1(1.Xi ’a n Institute of O ptics and Precisio n M echa nics,Chinese Academy of Scie nce,Xi ’a n 710119,China;2.Gradua te Scho ol,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039,China)Abstract :The co ncept and desig n of infrared hy brid diffractiv e /refractiv e atherm alized o ptical system are described .A diffractiv e o ptical element is used to a thermalize and ach ro matize the o ptical system .A hybrid o ptical system o perating a t 3.5μm ～ 5.2μm w av e ba nd a nd the tempera ture ra ng e of -50～80℃is desig ned.The system pa ram eters include a focal leng th of 100mm ,F /#2,and FOV o f ±3.5°,and it achieves 100%co ld shield efficiency.The sy stem stray lig ht is ana lyzed ,and the irradiances of the desired light and the stay ligh t are 1.5×104W /m 2and 2W /m 2respectiv ely .The imag e quality achiev ed in the temperature ra nge of -50℃～80℃approaches the diffraction limitatio n.It is applicable to a coo led FPA detecto r w ith the fo rmat o f 320×256and the pix el pitch of 30μm.Key words :a thermalisa tion ;diffractiv e o ptics ;o ptical desig n ;MW IR 引言现代军事和空间探测要求很多红外光学系统能够在各种复杂的环境中稳定工作,要求其光学系统在某温度范围内具有稳定的性能和良好的成像质量[1],这需要进行光学系统的无热化设计。

折衍混合车载红外镜头无热化设计

ｔａｈｍａｅｐａｅｉｔｂｅｉａｇｏｈｔｔｅｉｇｌｓｓａｌｎａｒｎｅｆｍ一４ ℃ ｔ０Ｃｗｉｏｔｍａｕｌｆｃｓｎ．ｄｔｅｉｇｎｎｒ０ｏ８￣ｔｕｎａｏｕｉｇａｈｍａｉｇｈｎ
ＸＵ．ｉ，ＸＩＤａｗｅＡＮＧｎＷＡＮＧｉｎ，ＫＡＮＧｕＺｅｇ，ＬＵａ．ｈａｇ，ＸＵｅ．ｎＹａｇ，ＪａＦ — ｎＩＤｉｎＳｕｎＷｎＢｉ
（．ｐｒｅｔｆＯｔａＥｇｎｅｉ，ｈｎｃｕｎｖｒｉＳｉｃｎｅｈｏｏｙＣａｇｈｎ１０２，ｈｎ；１ＤｅａｔｎｐｉｌｎｉｅｒｇＣａｇｈｎＵｉｓｔｏｃｅｅｄＴｃｎｌ，ｈｎｃｕ３０２Ｃｉａｍｏｃｎｅｙｆｎａｇ２ＣａｇｈｎｎｔｕｅｆＯｔｓＦｎＭｅｈｎｃｎＰｙｉ，ｈｎｓＡａｅｙｏＳｉｎｅ，ｈｎｃｕ３０３Ｃｉａ．ｈｎｃｕＩｓｔｔｏｐｉ，ｉｉｃｅｃａｉａｄｈｓｓＣｉｅｅｃｄｍｃｅｃｓＣａｇｈｎ１０３，ｈｎ）ｓｃｆ
ｗｈｃｅｅｃａｎｆｃｕｅＴｅｗｏｋｎｖｂｄｏｅｓｓｅｉｆｏ８ｔｍ，ｈｃｌｅｇｈｉｈｉｂｎｆｉｌｏｍａｕａｔｒ．ｈｒｉｇｗａｅａｆｈｙｔｍｍｏ１ｓｉｔｎｔｓｒ２¨ ｔｅｆａｎｔｏｌｉ１Ｓ９ｍｌｔｅＦ＃ｉ．ａｄｔｅｆｌｆｖｅｉ３。２。Ｔｅｌｎ，ｉｈｈｓｆａｕｅｆｓｌｓｚ，ｉｈｎ，ｈ／Ｓ１１ｎｅｄｏｉｗＳ６ × ７．ｈｅｓｗｈｃａｅｔｒｓｏｍａｌｉｅｌｔｈｉｇ

折衍混合光学系统超宽温消热差设计

接近衍射极限，像质量良好，系统适用于像元尺寸为３ｍ、成该５像元数３０４２Ｘ２０的非制冷红外焦平面阵列探
测器。
关键词：光学设计；红外光学系统；衍射光学；减热差
１设计原理
１１折射元件和衍射元件的温度特性．
光学元件的温度特性由光热膨胀系数表示，义为单位温度变化引起光焦度的相对变化定
ｚ一专，一一７
ｚ，一一
（㈩１）
式中：为温度Ｔ变化引起的光焦度变化量；为系统的总光焦度； △ ｆ为系统有效焦距。对于折射元件，用采薄透镜模型，假设该透镜的折射率为。所在介质的折射率为，，透镜前后表面的曲率半径为ｒ和ｒ，其光。。则
中图分类号：Ｔ１Ｎ２６文献标志码：Ａｄｉ１．７８ＨＰＰ２１２Ｏ．７９ｏ：０３８／ＬＢＯ２４８１８
空间探测要求光学系统在较宽温度环境具有稳定性能和良好成像质量。佩茨瓦尔（ｅｚａ）构光学系Ｐｔｖ１结统具有后工作距大的特点，可满足多种特定需求，现代红外光学系统使用广泛。当光学系统处于高温或低温在状态时，透镜和机械结构膨胀或收缩，透镜材料的折射率发生改变，进而使光学系统产生离焦或其他像差，响影系统成像质量，特别是对于红外系统而言，由于红外光学材料的折射率温度系数较大，此温度对红外光学系因

中波红外折衍光学系统消热差设计与杂光分析

中波红外折衍光学系统消热差设计与杂光分析
林福跳，刘朝晖
（．中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安７０１；１１１９
２中国科学院研究生院，北京１０３）．００９
列探光学；光学设计；中波红外
中图分类号：ＴＮ２１文献标志码：Ａ
ＭＷＩｅｒｃｉｅ／ｉｆａｔｅｈｂｉｔｅｍａｏｔａｓｓｅＲｒｆａｔｖｄｆｒｃｉｙｒｄａｈｒｌｐｉｌｙｔｍｖｃ
１０ｍｍ，Ｆ／２，ａｄＦＯＶｆ± ３５，ａｄｉａｈｅｅ０ｃｌｈｅｄｅｆｃｅｃ．Ｔｈｙｔｍ０＃ｎｏ．。ｎｔｃｉｖｓ１０ｏｄｓｉｌｆｉｉｎｙｅｓｓｅ
ｓｒｙｉｈｔｉａｌｅｔａｌｇｓｎａｙｚｄ。ａｔｉｒｄａｃｓｆｈｅｄｅｉｅｌｎｄｈｅｒａｉｎｅｏｔｓｒｄｉｎｔｅｔｙｉｈｔａｅ．５× ｇｈｔａｄｈｓａｌｇｒ１
１Ｗ／Ｏｍａｄ／ｎ２Ｗｍｒｓｅｔｖｌ．Ｔｈｍａｅｑａｉｙａｈｅｅｎｔｅｔｍｐｒｔｒａｇｆｅｐｃｉｅｙｅｉｇｕｌｃｉｖｄｉｈｅｅａｕｅｒｎｅｏｔ
一
５Ｏ℃ ～８Ｏ℃ ａｐｒａｈｅｔｆｒｃｉｎｌｍｉａｉｎ．ＩｓｐｐｌａｌｔｏｌｄＦＰＡｅｅｔｒｐｏｃｓｈｅｄｉｆａｔｏｉｔｔｏｔｉａｉｂｅｏａｃｏｅｃｄｔｃｏ

温度对红外光学系统的影响分析及消热差设计

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｓｏｎｉｎｆｒａｒｅｄｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｄｅｆｏ —
中，满足红外探测系统的使用要求。
关键词：红外光学系统；温度；消热差；成像质量；离焦
中图分类号：０４３５；ＴＮ２１６文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５０７８．２０１５．０７．０２６
第４５卷第７期
２０１５年７月
激光与红外
ＬＡＳＥＲ＆ＩＮＦＲＡＲＥｕｌｙ，２０１５
文章编号：１００１ — ５０７８（２０１５）０７－０８５４－０７
ｃｕｓｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｒｎｓａｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＭＴＦ）ｃａｕｓｅｄｂｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｈｉｔｆｗｅｒｅｃｌａｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａ —
ｓｉｓｏｆａｔｈｅｒｍａｌｄｅｓｉｇｎｆｏｒｉｆｒｎａｒｅｄｏｐｔｉｃｌａｓｙｓｔｅｍｗａｓｇｉｖｅｎ．Ｂａｓｅｄｏｎａｆａｃｔｕａｌｌｏｎｇ — ｗａｖｅｉｎｆｒｒｅａｄｏｐｔｉｃｌａｓｙｓｔｅｍ．ｔｈｅｉｍ－

中波红外大相对孔径消热差光学系统的设计详解

目录摘要 (2)ABSTRACT (2)第一章引言 (3)第二章指标参数 (4)第三章设计思想 (5)3.1 结构选型 (5)3.2 温度变化对光学系统的影响 (5)3.3 光学材料的选择 (6)第四章设计结果 (11)第五章结论 (13)参考文献 (14)致谢 (15)中波红外大相对孔径消热差光学系统的设计摘要设计了基于非制冷探测器工作的f′=100mm，D/f′=1，2w=5°的中波红外光学系统。

光学系统结构简单紧凑，具有较大的相对孔径，能够在-20℃—+60℃空间环境温度变化范围内保持良好的成像质量。

光学系统选用了匹兹伐结构型式，通过材料的选择以及光焦度的合理分配，实现了光学被动消热差。

采用折衍混合透镜，简化了整个光学系统的结构，减小了系统体积和重量。

此外，该系统还具有较大的后工作距。

关键词光学设计；非制冷；红外系统；消热差Design on an Athermalised MWIR Optical System with Large RelativeApertureAbstractOptical system designed for uncooled detector is provided with 100mm focal length, F/1 F number,±2.5°field of view ,working in the 3-5um wave band. The optical system which have large relative aperture and compact construction can keep good image quality from -20℃to+60℃. The system is a petzval objective which adopted passive optical athermalization. The athermalization is realized through careful optical material selection and optical power distribution. The use of hybrid lens not only made the system construction simple but also decreased the volume and weight of the system. Large back focal length is another property of the system.Keywords uncooled detector; infrared system; athermalised; optical design第一章引言波段是对地球观测的重要窗口之一。

红外折／衍混合光学系统无热化设计

维普资讯 http://Biblioteka
第２卷第２８期
２００８年６月
光电子技术
ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮ１ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＣ
Ｖｏ．８Ｎｏ．１２２
Ｊｎ２０ｕ．０８
，
４研究与试制》
｝
红外折／混合光学系统无热化设计衍
ｉｙｉｌｅｔｉｆａｔｖｉｉａｉｎ．ｔｓｃｏｓｏｄｆｒｃｉｅｌｍｔｔｏＴｈｅｌｎｓｉｏｅｓｃｍｐａｉｅｗｉｈｕｏｌｄＩｆｃｌｐｌｔｒａｈｅｍａｍ— ｔｂｌｔｎｃｏｅＲａａａｅａｒｙｔｒｌｉ
ａｈｒｍａｉｅｏｎｏｐｉａｓｔｍｒｐｅｅｅｃｏｔｚｔｃｌｙｓｅａｅｒｓｎｔｄ．Ｂａｅｔｐｅｉｌｔｒｌｐｒｅｔｓａｄａｈｒｍａｉｅｓｄｏｎｈｅｓｃａａｈｅｍａｏｐｒｉｅｎｃｏｔｚｃｒｃｅｉｔｃｆｔｆｒｃｉｅｏｐｉａｌｍｅｓ，ｎｈｙｉｐｔｃｌｓｓｅａｈａａｔｒｓｉｓｏｈｅｄｉｆａｔｖｔｃｌｅｅｎｔａｂｒｄｏｉａｙｔｍｔ８～１ｍｖｂｎｄａｈｅ２ｗａｅａｎｄｔｔｍｐａｕｒａｅｏｅｒｔｅｒｎｇｆ一４０８￣０℃ ｉｓｇｄｉｈｉａｒ，ｎｈｅｅｏｕｔｏｎｏｆｔｙｔｍｓｇｉｅＴｈｙｓｓｄｅｉｎｅｎｔｓｐｐｅａｄｔｖｌｉｈｅｓｓｅｉｖｎ．ｅｓ —

折衍混合长波红外摄远物镜设计

折衍混合长波红外摄远物镜设计牟蒙;马军;牟达;米士隆【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)002【摘要】红外光学系统具有可全天候工作、远距离观察等优势，在军事及民用领域均得到广泛应用。

但由于温度对红外系统影响较大，所以需要对其进行消热差设计。

依据消热差及色差原理选择适合的透镜材料，利用衍射元件的消热差和色差的特性，设计了波段为8~12μm，全视场为2ω=6°，焦距为 f=100mm ， F数为2，温度补偿范围-40℃~60℃的长波红外折衍混合摄远物镜。

使用保罗I棱镜来折叠光路，使系统结构紧凑，摄远比达到了0.8。

该系统在-40℃~60℃范围内，调制传递函数（MTF）优于0.5，接近衍射极限，成像质量良好。

%Infrared optical system has many advantages such as working all day,remote observation and so on,so it is widely used in military and civilian fields. However, due to the greater impact of temperature on the infrared system, so it needs tobe designed with athermalized methods. Based on the principle of athermalized and chromatic aberration, the appropriate lens material is selected, the long-wave infrared refractive -diffractive hybrid telephoto lens is designed by using the athermalized and chromatic characteristic of diffractive element, which working band is 8~12μm, the whole field of view 2ωis 6°,the focal length f 'is100mm,F number is 2 under temperature compensation range -40℃~60℃. Paul I prism is used to fold opticalpath,so the system is compacted and the telephoto ratio is 0.8. Its modula-tion transfer function is above 0.5 in the temperature range from -40℃~60℃,The system requires good im age quality.【总页数】4页(P1-4)【作者】牟蒙;马军;牟达;米士隆【作者单位】长春理工大学现代光学测试实验室，长春 130022;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130022;长春理工大学现代光学测试实验室，长春 130022;长春理工大学现代光学测试实验室，长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TN216【相关文献】1.制冷式红外长波折衍混合消热差摄远物镜设计 [J], 张宇;王文生2.轻小型折衍射混合红外中波摄远物镜无热化设计 [J], 牟蒙;牟达;马军;李卓3.红外折衍混合摄远光学系统无热化设计 [J], 张婉怡4.8～12μm波段折／衍混合反摄远系统消热差设计 [J], 韩莹;王肇圻;杨新军;吴环宝5.折/衍混合远心消色差f-θ物镜系统设计 [J], 吴环宝;王肇圻;傅汝廉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

制冷式红外长波折衍混合消热差摄远物镜设计

制冷式红外长波折衍混合消热差摄远物镜设计张宇;王文生【摘要】针对坦克红外观瞄系统的总体设计要求,为了满足战场环境下红外目标探测的需求,设计了一种制冷式红外长波折衍混合消热差摄远物镜.摄远物镜由物镜组和中继镜组构成,焦距为-200 mm,F数为2.1,全视场角为3.6°.探测器选用Sofradir 公司生产的MARS-VLW型红外长波焦平面阵列,其分辨率为320×256像素,象元尺寸为30 μm ×30 μm.试验结果表明:在截止频率17 cy/mm时,温度-40℃ ～60℃范围内,该摄远物镜各视场的调制传递函数(MTF)均大约为0.5,点列图均方根半径均远小于艾利斑半径34.5 μm,并实现了100％冷光阑效率.该红外摄远物镜虽然是针对坦克红外观瞄系统的要求而设计的,但其结构紧凑,在-40℃～60℃温度范围内,像质优良且稳定,也可用于其他红外观瞄系统.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2014(035)005【总页数】6页(P648-653)【关键词】兵器科学与技术;光学设计;摄远物镜;无热化;折衍混合;目标探测【作者】张宇;王文生【作者单位】长春理工大学现代光学测试技术实验室,吉林长春130022;长春理工大学现代光学测试技术实验室,吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】TN21基于红外光学系统对目标进行探测和识别,有着不受气候、环境条件影响的优点,已被广泛应用到各军事领域。

红外光学材料对环境温度变化较为敏感,温度的改变会引起红外光学系统的焦距、像面位置以及像差发生变化,最终导致成像质量下降。

这种由温度变化导致的像差称为热像差[1]。

为了能在各种战场环境下得到较好的成像质量,需对红外光学系统进行消热差研究和设计。

目前,消热差方法主要有机电主动式、机械被动式和光学被动式[2],其中光学被动式是通过匹配透镜与镜头结构件的热性能消除热差,以其质量小、无功耗、可靠性高等特点,成为光学系统消热差的首选方法。

折衍混合复消色差望远物镜设计的pwc方法

PWC方法是一种用于设计折衍混合复消色差望远物镜的方法。

其中，PWC是指"Performance Weighting Coefficient"（性能加权系数）的缩写。

PWC方法的基本思想是，通过设置不同的性能加权系数，来改变物镜的设计目标。

具体而言，我们可以设定若干个性能加权系数，每个性能加权系数都代表着一种物镜设计目标。

例如，我们可以设置一个性能加权系数，用于表示物镜的色差补偿能力；可以设置另一个性能加权系数，用于表示物镜的色散补偿能力；还可以设置其他性能加权系数，用于表示物镜的像差补偿能力、像散补偿能力、辐射补偿能力等。

然后，我们可以根据需要调整每个性能加权系数的值，从而改变物镜的设计目标。

例如，如果我们希望物镜的色差补偿能力较强，就可以增加相应的性能加权系数的值；如果我们希望物镜的像差补偿能力较强，就可以增加相应的性能加权系数的值。

最后，我们就可以使用这些性能加权系数来优化物镜的设计方案，使得物镜具有最佳的性能。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

Ａｔｒａｉａｉｎｄｓｇｆｗｉｅｔｍｐｅａｕｅｒｎｅｆｒｈｂｉｈｅｍｌｚｔｏｅｉｎｏｄｅｒｔｒａｇｏｙｒｄ
ｒｆａｔｅｄｆａｔｅｉｆａｅｂｅｔｅｅｒｃｉ／ｉｒｃｉｒｒｄｏｊｃｉｖｖｎｖ
用了锗和硒化锌两种材料．用三片透镜，射面和偶次非球面的引入，但能够消除热差，且使得采衍不而结构简单、量化，好地提高了成像质量。设计结果表明：一０１０ｏ度范围内，间频率为轻很在８～６Ｃ温空１．／２５ｌｍｍ处，个温度下的ＭＴ值均大于０６，近于衍射极限，像质量良好，现了消热差设ｐ各Ｆ．接成实计。该系统适用于像元尺寸为４ｍ．元数为３０２０的非制冷红外焦平面阵列探测器。０Ｉ像ｘ２￣４关键词：消热差；衍射光学元件；非球面；红外光学系统中图分类号：Ｔ１Ｎ２６文献标志码：Ａ文章编号：１０ — ２６２１）１０７ — ４０７２７（０１０ — ０９０
ｋｎｓｏｔｒａ－ＧｅｎＳｅｔｗａａｉｐｅｏｉｄｆｍａｅｉｌａｄＺｎ．Ｉｓｍｄｅｓｍｌ，ｌｗｍａｓｎｉｈｍａｅｑａｉｂｉｔｏｕｉｇｓａｄｈｇｉｇｕｌｙｙｎｒｄｃｎｔｄｆｒｃｉｎｓｒａｅａｄｅｅｓｈｒｃｕｆｃｓｉｆａｔｕｆｃｎｖｎａｐｅｉｓｒａｅ．Ｔｈｖｌａｉｎｏｅｙｔｍａｉｅｎｔｅｔｍｐｒｔｒｏｅｅａｕｔｆｔｓｓｅｗｓｇｖｎｉｅｅａｕｅｏｈｈｒｎｅ一８ —１０ｏＴｅｒｓｌｈｗｔａｅｍｏｕａｉｎｔｎｆｒｔｎｆｎｔｎｆＴ）ｉｎａ．ｔｔｅａｇ０６ＣｈｅｕｔｓｏｈｔｔｄｌｔａｓｏｍａｉｕｃｉＭＦｓｅｒｔ０６ａｓｈｏｒｏｏｏｈ
陈潇１，建峰，小龙，瑜１，佶珂。何建伟１，杨２马白，何２，，２（．中国科学院西安光学精密机械研究所，西西安７０１１陕１１９；
２．中国科学院研究生院，京１０３３西安电子科技大学技术物理学院，西西安７０７）北００９；．陕１０１
ＣｈｎＸｉｏ，ＹａｇＪａｆｎＭａＸｉｏｏｇ，Ｂａ，ＨｅＪｋ。ＨｅＪａｗｅｅａｎｉｎｅｇ，ａｌｎｉＹｕ一ｉｅ，ｉｎｉ，
（．ｘｉａｎｔｔｔｆＯｐｉｓａｄＰｅｉｉｎＭｅｈｎｃ，ＣｈｎｓａｅｆＳｉｎｅ，Ｘｉａ０１９，Ｃｈｎ１ｎＩｓｉｕｅｏｔｃｎｒｃｓｏｃａｉｓｉｅｅＡｃｄｍｙｏｃｅｃ７１１ｎｉａ
Ａｂｓｒｃ：Ｈｙｒｄｒｆａｔｖｄｆｒｃｉｅｅｉｎｆｅｓｎｗａｐｏｃｏｔｅｍａｉａｉｎｅｉｎｎｔａｔｂｅｃｉｅ－ｉｆａｔｄｓｇｏｆｒａｅｉｒｖｐｒａｈｆｒａｈｒｌｔｏｄｓｇｉｗｉｅｚｄｔｍｐｒｔｒａｇ．Ｉｈｓｐｐｒｈｅｗｏｋｎｖｌｎｔｓｉ－１ｍ；ｔｅｆｌｆｅｄｏｉｗｓ９．５；ｅｅａｕｅｒｎｅｎｔｉａｅ，ｔｒｉｇｗａｅｅｇｗａｎ８２ｈｈｕｌｉｌｆｖｅｗａ１。
ｈｆｉｎｏａｅｇｔｅｅｃｅｔｆｃｌｌｎｔ（Ｆ）ｗａ０；ｔｅｒｌｔｅａｅｔｒｓｌ．；ｔｅｔｔｌｏｔａｌｎｔｓｉｈＥＬｓ１０ｍｍｈｅａｉｐｒｅｗａ：１５ｈｏａｐｉｌｅｇｗａｖｕｃｈ
第４卷第１期０
Ｖｏ１．ＮＯ．４０１
红外与激光工程
ＩｆａｅｎｓｒＥｇｎｅｉｇｎｒｒｄａｄＬａｅｎｉｅｒｎ
２１０ பைடு நூலகம்年１月
Ｊｎａ．２０１１
折／混合红外物镜超宽温度消热差设计衍
２ＧａｕｔＳｈｏｆｔｅＣｎｓｃｄｍｙｏｃｎｅ，Ｂｉｎ００９ｈｎ；．ｒｄａｃｏｌｏｈｈｅｅＡａｅｆＳｉｃｓｅｉｇ１０３，Ｃｉａｅｉｅｊ
３ｃｏｌｏｅｈｉａｈｓｓＸｉｉｎＵｎｖｒｉ，ｌ７０７，ｈｎ）．ＳｈｏｆＴｃｎｃｌｙｉ，ｄａｉｅｓｙＸｉａ１０１ＣｉａＰｃｔｌ
摘要：利用折／混合透镜实现了超宽温度范围内的光学被动式消热差设计。统工作波段为８衍系～
１ｍ，视场角为９１。焦距为１０ＩＴ，对孔径为１１５，长为１８ｉｌ后工作距为１．Ｔ。使２ｔ全ｘ．５，０Ｉｌ相ｎ／．总２ｎｎ，０５ｍｌｌ
１８ｍｎｎｅｂｃｏａｅｇ（Ｆ）ｗａ０５Ｔ１Ｔｅｓｓｍｓｄｓｎｄｗｉｒｅｌｓｓａｄｔ２ｑａｄｔａｋｆｃｌｎｔＢＬｈｌｈｓ１．１ｎ．ｈｙｔｗａｅｉｅｔｔｅｅｅｎｗｏＩｅｇｈｈｎ