红外光学镜头设计方案
大相对孔径制冷型红外相机镜头的光学设计
大相对孔径制冷型红外相机镜头的光学设计张华卫;张金旺;刘秀军;刘波【摘要】A low F number lens for infrared camera is introduced. Re-imaging method is used to ensure 100% cold shield efficiency in this lens for cooled IR camera. The lens is designed with F number 1.5 and full field angle 18.6° in 8-10mm waveband. Its imaging quality is nearly up to diffraction limitation and can be guaranteed with general manufacture and assembly technics.%介绍了一种大相对孔径红外成像镜头的设计。
该镜头针对制冷型红外探测器，采用二次成像设计，保证100%冷光阑效率。
在8～10mm波段，实现相对孔径（F数）为1.5、视场角2w为18.6°的设计，其成像质量优良，传函接近衍射极限，在常规加工装调公差下易于保证应用质量。
【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P124-129)【关键词】大相对孔径;光学镜头;制冷型红外相机;二次成像【作者】张华卫;张金旺;刘秀军;刘波【作者单位】四川长虹电子科技有限公司，四川绵阳 621000;四川长虹电子科技有限公司，四川绵阳 621000;四川长虹电子科技有限公司，四川绵阳 621000;四川长虹电子科技有限公司，四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】TN21;V445.8红外成像探测相比无线电探测的最大优点是不主动发射电磁波，因此具有极强抗干扰能力和隐蔽性，在军事领域得到广泛应用。
多点触控 多点触摸 光学式 红外光 设计方案
关于多点触控1 前言多点触控(又称多重触控、多点感应、多重感应)是采用人机交互技术与硬件设备共同实现的技术，能在没有传统输入设备（如：鼠标、键盘等。
）下进行计算机的人机交互操作。
在人机交互的发展过程中，鼠标和键盘一直是最基本的输入设备，而屏幕一直是计算机信息的最主要输出设备。
现在，一种全新的交互方式正在向我们走来——自然用户界面，也就是俗称的触摸界面，在这种操作模式下，屏幕不仅作为输出设备，同时被作为输入设备，在屏幕上直接操作，从而操控计算机。
多点触控是一样全新的人机互动方式，通过我们的十根手指代替鼠标键盘等输入设备，采用全新的用户体验方式，手势识别，新奇的体验感觉，高清直观的显示方式，为用户提供简便直观的人机互动方式和高效震撼的操作体验。
随着iPhone等触控手机和平板电脑的日益火爆，人机互动领域成为新时尚热点，多点触控必将引领一次新的人机交互变革。
实体键盘鼠标等输入外设早晚有一天会被取代，现代的人们追求的是高效便捷的信息服务，不可能走到哪里都要带着鼠标键盘，便捷高效的多点触控技术正是我们所需要的下一代人机交互方式。
简单的来说就是解放我们的十个指头，能让我们离开办公室的椅子，在任何地方，通过任何媒介进行人和机器装置高质量高效的沟通。
2 国内外现状目前，手机等数码产品大多数采用电容屏或电阻屏，不管是电容屏还是电阻屏都共同存在一个缺点，就是尺寸的限制，一般不能超过20寸，这也是制约多点触控技术发展的一个重要原因。
在大尺寸多点触控技术方面，国外有一个组织，名字叫自然用户界面小组（Natural User Interttace Group），创建于2007年，他们以互动媒体探索以及开源机器遥感技术为中心，开发受益于艺术、商业、教育等相关应用。
希望能够为在搭建低成本、高分辨率、开源式的多点触摸设备感兴趣的人提供一个多点触摸技术的信息资源中心。
随着全国多点触控爱好者加入到这个项目的研究中，这个平台不断发展壮大，多点触摸技术带来了许多惊人的开创，国内外几乎所有多点触控公司的技术都是来源于这个开源平台。
红外双焦无热化空间相机光学镜头设计
第 ２ ５卷 第 １ Ｏ期 ２ ０ １ ３年 １ ０月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ １ ． ２ ５ ，ＮＯ ． １ ０
ｏｃ ｔ ．，２ ０ １３
文章编 号 ： Ｉ Ｏ Ｏ Ｉ 一 ４ ３ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ — ２ ５ １ １ 一 Ｏ ６
１ 变 焦 系 统 理 论
双 焦光 学 系统 的设计 原理 是 利用 系统 中两 组 透镜组 移 动来 改 变 系统 组合 焦 距 ， 同 时满 足 变 焦时 长 短 焦距 像 面位 置保 持不 变 ， 且保 证长 焦距 和短 焦距 都具 有 良好 的成像 质量 。在双焦 光学 系统 的像 差平 衡方 面 ， 需 要 同 时 能够 校正 变焦 光学 系统 两个 焦距 位 置 的像差 ， 通 过匹 配两个 位置 的初 级像 差 与高级 像差 、 轴上 点像 差和 轴外 点 像差 ， 前 固定 组 、 变 焦组 和 补偿 组 限制 了倾斜 宽光 束 的下光 线 ， 后 固定 组 限制 了上光 线 ， 因此在 优化 过程 中要
人 。 设 计 了一种 用 于 ３ ２ ４ ×２ ５ ６中波 制 冷红外 探 测器 的双 焦 １ Ｏ倍 光学 系统 ， 系统 焦距 ２ ４ ￣２ ４ ０ ｍｍ， 相对 孔径
红外光学镜头设计方案
光学系统设计方案设计参数：1) ICCD分辨率：1248х10242) 像元尺寸：6μmх6μm3) 靶面尺寸：7.48mmх6.14mm4) 系统焦距：1500mm5) F数：3.756) 波段范围：450nm～800nm系统初步设计如下：口径Ф400mm，系统长度500mm。
光路二维图如下图所示。
系统为折返射式光学系统，前部采用施密特矫正镜，后端采用卡式系统，达到减小系统尺寸的目的。
图 1 光学系统二维图图 2 光学系统三维图图 3 光路剖视图表 1线视场分析距离（km） 1 5 10 30线视场（m）5×4.125×20.550×41150×123图 4系统球差及场曲曲线系统传递函数曲线如下图所示，根据探测器像元尺寸，MTF截频计算至83lp/mm处，从下图可以看出，系统MTF在100lp/mm处，水平最大视场及垂直最大视场均高于0.5，对角线视场MTF高于0.5。
图 5 系统MTF曲线系统弥散圆的大小如下图所示，弥散圆表示点源物体经过系统后的发散情况，其半径越小、能量越集中，说明成像质量越好。
通常接近衍射极限的系统弥散圆直径小于接收器的单个像素值。
本系统采用的探测器像元尺寸为6μm，系统的弥散圆直径最大值为3.8μm，说明系统的成像质量接近衍射极限。
图 6畸变网格及畸变曲线系统的畸变网格和畸变曲线如下图所示，畸变的大小能直接反映出系统图像的变形情况，从下图中可以看出，系统的最大畸变小于0.01%，图像变形肉眼无法分辨。
图 7畸变网格及畸变曲线系统成像的二维仿真效果如下图所示，左图为目标图像，右图为经系统后所成图像，从图中可以看出，系统成清晰倒像。
图 8二维成像仿真公差分析镜头最终的成像质量受到材料、加工、装配等各方面的影响，为保证系统最终获得良好的成像质量，设计时应充分考虑系统各部分的公差分配，使材料、加工及装配的误差均在可接受的范围内，避免某类误差过大使最终的成像质量下降过多。
一种红外成像镜头结构设计及分析
科学技术创新2020.15红外成像是通过透镜组汇聚被探测的光信号到探测器上，再由探测器及其后道进行光信号到电信号的转换[1]。
红外镜头的设计，需要根据探测器的像元和尺寸、具体运用的场合，还有性价比等因素来综合考虑进行设计[2]。
一个好的镜头设计，需要综合考虑光机配合的效果，缺一不可[3]。
随着国内红外光学技术蓬勃发展，其对与之匹配的镜头机械结构的设计、装调要求越来越高，可以说，机械设计非常重要[4]，但红外光学精密镜头结构设计有它独有的特点和规律，因此在设计时需综合考虑其设计原则、公差匹配等，以满足高品质成像要求[5]。
本文通过分析红外成像镜头结构设计特点，对其基本组件如镜片安装座、压圈、螺纹要素等关键参数分别进行设计分析。
同时总结各结构尺寸参数设计原则，为红外成像镜头结构工程师提供切实可行的设计参考依据。
1红外光学镜片的安装座设计红外光学镜片安装座结构设计见图1。
图1镜片安装方案设计设计时一般遵循如下基本原则：（1）红外镜片安装孔孔径D 比镜片外径d大0.4mm，以便在0.4mm间隙中间涂覆硅胶保护镜片安全。
（2）红外镜片安装孔孔径D尺寸公差按H8给出。
公差H8表明孔的重要性，装配时利于调节光轴。
（3）镜片安装孔轴向尺寸T1≥2/3镜片外径宽T2。
（4）镜片第一面顶点与镜筒端面A一般要有2～3mm距离，保护镜片安全，这点对第一透镜就显得特别重要。
（5）固定镜片的结构件内径必须小于光学设计透光孔径，即不能挡光。
（6）透光孔径公差按H10给出。
（7）镜片安装孔同轴度和端面跳动公差按尺寸段按7级查表给出。
（8）固定镜片的结构件内径必须小于光学设计透光孔径，即不能挡光。
（9）镜片安装孔同轴度和端面跳动公差按尺寸段按7级查表给出。
（10）轴向光学镜片结构件间隔尺寸H公差一般取光学间隔公差的1/3～1/2，公差值大的取1/3,公差值小的取1/2，总之，既要保证光学间隔公差，又要使设计的构件(包括工装)能经济地做出来。
红外成像系统中的透镜设计与Zemax模拟方法的应用
红外成像系统中的透镜设计与Zemax模拟方法的应用简介红外成像系统在许多领域中都有广泛的应用，如安防监控、无人机导航和医学诊断等。
在红外成像系统中，透镜是其中关键的组成部分之一。
透镜的设计和模拟是确保系统性能优化的重要步骤。
本文将探讨红外成像系统中透镜的设计原理以及使用Zemax软件进行模拟的方法。
红外透镜的设计原理红外透镜的设计与可见光透镜类似，但受到其工作波长范围和材料特性的限制。
在设计过程中，需要考虑以下因素：1. 波长范围：红外透镜通常需要在波长范围内具有良好的透过率和成像能力。
不同的应用领域可能有不同的波长要求。
2. 焦距和视场角：透镜的焦距和视场角直接影响成像系统的成像质量和视野范围。
设计师需要根据具体应用的需求进行权衡和优化。
3. 材料选择：红外透镜通常采用透明度较高的特殊材料，如硒化锌、镉镓砷等。
材料的选择需考虑其在红外波段的透过率和成本等因素。
4. 光学畸变：透镜的设计还要考虑到光学畸变的修正，以保证成像系统的精度。
Zemax软件的应用Zemax是一种常用的光学设计和仿真软件，被广泛应用于透镜设计和成像系统模拟。
通过Zemax软件，可以进行以下模拟和分析：1. 光学系统布局：通过Zemax的图形界面，可以方便地创建和调整光学系统的布局，包括透镜的位置、距离和角度等参数。
2. 透镜表面设计：Zemax提供了丰富的透镜表面设计功能，如球面、非球面和自由曲面等。
可以根据设计要求，进行透镜表面的优化和调整。
3. 成像仿真：通过设置合适的光源和探测器，可以在Zemax中进行红外成像系统的仿真。
可以评估成像质量，比如分辨力、畸变和成像亮度等参数。
4. 光学系统分析：Zemax还提供了对光学系统进行优化和分析的功能。
通过调整透镜参数，可以优化成像系统的性能并满足设计要求。
结论红外成像系统中透镜的设计和模拟是确保系统性能优化的关键步骤。
透过Zemax软件的应用，设计师可以方便地进行透镜设计、光学系统布局和成像仿真等工作。
大相对孔径制冷型红外相机镜头的光学设计
光 学 系统来 说 ，在焦 距 一定 的条件 下 口径越 大 （ 即 Ｆ 数越 小 ）则接 收 的能量 越 多 ，对 于弱 小 目标 的探
ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｇ ｕ ａ ｒ ａ ｎ ｔ ｅ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｍａ ｎｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ｓ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｌ ｏ ｗ Ｆ — ｎ ｍ ｂ ｕ ｅ ｒ ，ｌ ｅ ｎ ｓ ，ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｄ Ｉ Ｒ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ，ｒ ｅ — ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ
（ 四川 长 虹 电子 科 技 有 限公 司 ， 四川 绵 阳 ６ ２ １ ０ ０ ０ ）
摘要：介绍 了一种大相对孔径红外成像镜头的设计。该镜头针对制冷型红外探测器 ，采用二次成像 设计，保证 １ ０ ０ ％冷光阑效率。在 ８ ～１ ０ “ ｍ波段，实现相对孔径 （ Ｆ数 ） 为１ ． ５ 、视场角 ２ ｃ ｏ ５ ￣１ ８ ． ６ 。
的核心 部件 是红外 探 测器 ，根据 其光 敏面 的工 作温 度 ，分 为制 冷型 和非 制冷 型两 种 。通 常 制冷 型红 外
探 测器 工作 在 ７ ７ Ｋ 的低温环 境 中…，相 比于 非制冷 型 红外探 测 器 ，制 冷 型探测 器 的信 噪 比要 比非 制冷 型 探测 器高 出 １ ～２个数量 级［ ２ １ ， 能够分 辨更 细微 的 温 度差 别 ，探测 距 离较远 ，主 要应 用于 高端 军事 用
的设计 ，其成像质量优 良，传 函接近衍射极 限，在常规加工装调公差下易于保证应用质量。 关键词：大相对孔径；光学镜 头；制冷型红外相机；二次成像 中图分 类号 ：Ｔ Ｎ ２ １ ，Ｖ４ ４ ５ ． ８ 文 献标 识码 ：Ａ 文 章编 号 ：１ ０ ０ １ ． ８ ８ ９ １ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ ． ０ １ ２ ４ ． ０ ６
长波红外辅助驾驶系统镜头设计
长波红外辅助驾驶系统镜头设计针对规格为384×288型像元尺寸为25？滋m的非制冷微测辐射热计，设计了一款工作波段为8～12？滋m、焦距f’=15mm、F#=1、工作温度为-37℃～49℃的辅助驾驶红外镜头。
通过合理的选择镜片材料，利用ZEMAX对系统进行优化设计。
设计结果表明，该系统结构简单，在空间频率20lp/mm处调制传递函数MTF大于0.5，弥散斑半径较小，具有良好的成像质量。
标签：光学设计；辅助驾驶系统；长波红外引言红外辅助驾驶系统是一种应用于黑夜、大雾天气、大雪天气等恶劣气候条件下的热成像仪，可以在很大程度上保障驾乘人员的人身安全。
随着红外技术的日渐成熟，很多红外产品得到广泛的应用，得到了用户的好评与青睐。
从最初的军工领域逐渐向民用领域延伸，由于红外辅助驾驶系统和我们的日常生活有着密切的联系，所以它作为一种典型的应用得到很多的关注。
通过使用红外辅助驾驶系统，驾驶员可以轻松地掌握道路周边的实时动态，提前预知可能出现的危险情况并及时的做出调整避免发生交通事故，提高驾驶的安全性。
据研究发现将系统的相对孔径设置在F#=1左右，可以在很大程度上提高对温差的灵敏度[1]。
像差是影响光学系统成像质量的主要因素且并不能完全消除，所以为了得到更为良好的成像质量我们只能采取一些手段来尽可能的减少像差对于系统的影响，经研究发现衍射元件可以很好的校正色差及像差。
通过改变面型相互比较发现，单一使用球面镜面的系统，结构复杂、质量较重、像质差，加入非球面和衍射面能较好地校正像差，改善成像质量[2]。
因此文章混合使用非球面与衍射面设计了一款长波红外辅助驾驶系统。
1 结构选取在对系统进行设计时需要着重考虑以下几点：（1）系统结构选取。
相对孔径又称为光圈，是光学系统（或镜头）入瞳直径与焦距的比值，其倒数称为F数。
对于一个光学系统来说，能够接受到较为多的能量是拥有良好像质的关键，同时因为辅助驾驶系统的特殊性我们也需要系统对微弱目标的探测能力更为敏感，这就要求系统选择较大口径[3]。
中波红外无热化镜头的设计与制造
1、无热化技术：光学系统无热化技术就是指通过特殊设计或者一定的补偿方法使光学系统在一个较大的温度范围内保持焦距、像面或像质不变或变化很小，以满足使用要求。
典型的无热化设计方法主要有电子主动式、机械被动式和光学被动式三种。
（1）电子主动式：利用温度传感器探测出温度的变化量，然后计算出温度变化引起的像面位移，借助电机驱动透镜产生轴向位移，以达到补偿效果；这种方法不能维持原有的像差平衡，况且这种方式需要电源、电子线路、驱动电机等电子设备，导致系统的可靠性下降，并且电子设备和驱动部件还占用一定的空间，不利于进行弹载光学系统的设计。
（2）机械被动式：利用对温度敏感的机械材料或者记忆合金，使一个或一组透镜产生轴向位移，从而补偿由于温度变化引起的像面位移。
这种方式额外增加了机械补偿部件，使得系统的体积变大，质量增加。
（3）光学被动式：利用光学材料热特性之间的差异，通过不同特性材料之间的合理组合以消除温度的影响，从而获得无热效果。
这种方式具有机构相对简单、尺寸小、质量轻、不需供电、系统可靠性好的优点，其综合效率最高，因此受到了极大的重视。
2、由于该镜头为大孔径、小视场、长焦距的光学系统, 球差与色差对镜头成像质量的影响最大。
系统采用硅、锗两种材料校正镜头色差, 采用非球面技术校正镜头球差。
大相对孔径制冷型红外相机镜头的光学设计
气象观测：在地球外的航天器上安装大相对孔径的红外相机，可以对地球进行高精度的大气温度、湿度和风速测量，为气象预报提供重要数据。
在医疗领域的应用前景
诊断：大相对孔径制冷型红外相机镜头能够检测到人体微小的温度变化，有助于早期发现病变，提高诊断准确率。
康复治疗：通过红外相机对患者的康复情况进行实时监测，可以及时调整康复治疗方案，提高康复效果。
汇报人：
光学元件的材料选择：根据工作波段和性能要求，选择合适的材料，如硅、锗等。
元件加工工艺：采用精密机械加工、光学镀膜等工艺，确保元件的精度和光学性能。
元件设计原则：根据系统的总体要求，进行光学元件的设计，如透镜、反射镜等。
误差分析：对加工过程中可能出现的误差进行分析，确保元件的实际性能满足设计要求。
光学系统的装配与调试
光的传播定律和几何光学原理
添加标题
镜头设计和像差校正
添加标题
光学材料和元件的选择
添加标题
制冷型红外相机的特殊要求和实现方法
添加标题
制冷型红外相机的特点
制冷型红外相机采用制冷技术，将相机内部温度降低到一定程度，以减小热噪声和背景辐射干扰，提高成像质量。
01
02
制冷型红外相机具有较高的灵敏度和识别。
新型光学元件的设计与加工技术
光学元件的轻量化与小型化
新型材料的应用
纳米级精度加工技术
光学元件的智能化与集成化
光学系统的高效装配与调试技术
光学元件的精确加工和装配
光学系统的高效调试技术
光学元件的稳定性和可靠性
光学系统的性能测试和评估
光学性能的快速检测与评估技术
定义：对光学系统性能进行快速、准确检测与评估的技术
01
02
大相对孔径制冷型红外相机镜头的光学设计
在制造工艺优化过程中，需要充分考虑成本控制 因素，以实现经济效益和性能指标的平衡。
装配调试流程简介
装配前准备
包括清洗零件、检查配合尺寸、准备装配工具等。
装配过程控制
严格按照装配工艺要求进行装配，保证各部件的准确配合和间隙调整 。
调试与检测
装配完成后进行镜头的调试和检测工作，包括光学性能检测、机械性 能测试等，确保镜头符合设计要求。
01
引言
项目背景与意义
红外相机在军事、航空、导航 等领域有广泛应用，对高性能 红外相机镜头的需求迫切。
大相对孔径制冷型红外相机镜 头能够捕捉更远距离、更高分 辨率的红外图像。
该项目的研究与开发对于提升 我国红外相机镜头的研制水平 具有重要意义。
设计目标与要求
01
设计一款大相对孔径、 高分辨率、低畸变的制 冷型红外相机镜头。
探测器冷却方式对镜头材料的影响
不同的冷却方式可能会对镜头的材料选择产生影响，如某些材料在低温 下性能会发生变化，需要在设计时进行充分考虑和测试。
06
机械结构设计与制造工艺规划
镜头机械结构特点分析
紧凑型设计
为了实现小型化和轻量化，镜头采用了紧凑型结构设计。
高精度要求
镜头的光学性能对机械结构的精度要求较高，需保证各部 件的准确配合。
光学传递函数分析
光学传递函数（OTF）概念
MTF分析
描述光学系统对空间频率的响应能力，包 括调制传递函数（MTF）和相位传递函数 （PTF）。
通过仿真软件计算镜头的MTF曲线，评估 镜头在不同空间频率下的成像质量。
PTF分析
综合评价
分析镜头的相位传递函数，了解镜头对波 前的相位影响，为后续光学加工和装调提 供参考。
红外光学系统设计
红外光学系统设计
第一步：需求分析
在设计前，首先需要明确系统的需求，包括红外辐射波段、探测距离、目标分辨率等。
这些需求将直接影响到光学元件的选择和设计。
第二步：光学镜头设计
根据红外光学系统的需求，进行光学镜头的设计。
光学镜头的设计包
括光学元件的选择、光学系统的布局、光学表面的形状和位置等。
通过光
学镜头的设计，能够满足红外光学系统对于光束质量、传输距离和分辨率
等方面的要求。
第三步：材料选择
在红外光学系统中，材料的选择对于系统的性能和成本都有重要影响。
根据光学系统的设计要求，选择合适的材料，以保证光学元件的透过率、
折射率、承受辐射的能力等。
第四步：探测器的选择和集成
第五步：光学系统的验证和优化
设计完红外光学系统后，需要进行系统的验证和优化。
通过实验和测试，评估系统的性能。
根据评估结果，对系统进行优化，以获得更好的性
能和效果。
总之，红外光学系统设计是一门知识广泛、涵盖面广的学科。
通过合
理的需求分析、光学镜头设计、材料选择、探测器选择和集成，以及系统
的验证和优化，可以设计出满足不同需求的红外光学系统，为各个领域的
应用提供强大的支持。
长波红外广角地平仪镜头的光学设计
第*期
沈为民， 等： 长波红外广角地平仪镜头的光学设计
??’
进一步， 借助 !"#$ % 程序， 对设计结果进 行像质评价。图 & 是半视场内五个匀排视场的径 向能量集中度分布曲线， 横坐标是像斑直径， 纵坐 标是能量集中度。可见 ’(() 的能量集中在直径 小于 *+!, 的圆内， 而 -() 的能量集中在直径小 于 &&!, 的圆内。
- 6 !22 2 3 227 2 3 4 55 2 3 22! 4 3 2: ; <
’&()%*( +, *+%&-#./& #.#%0(1(
2 3 24 55 4 #-/ 51. 2 3 28 55 2 3 229 55 2 3 24 55
红外广角镜头， 具友结构简单紧凑、 后工作距离 大、 像面照度均匀、! ! 线性好等特点。该镜头可 与非致冷微测辐射热计探测器相配， 构成新一代 地平仪， 获取航天器的三轴姿态信息。
图 * 给出了畸变随实际像高的变化曲线。在边 缘视场处， 畸变达到最大， 为 J D(1 +) 。该镜头通过 引入负畸变， 使像高与视场角之间具有线性关系。 如图 + 是像高与视场角的关系曲线， 横坐标为视场 角， 分度值为 D1K+L， 纵坐标为像高， 单位是 ,,， 像高 随视场变化偏离线性的相对误差小于 ’+) 。
使用非致冷微测辐
射热计探测器 （ <=>?@A@3@0BCB?） ， 不需要高精度的 机电扫描装置， 因而体积、 重量、 造价、 可靠性等方 面优点明显。另外， 通过偏置视场， 可获得航天器 的侧滚、 俯仰和偏航信息， 不必借助陀螺仪测量偏 航角。而且， 这种凝视式地平仪获得的地球红外 辐射图像信息量大， 可用来提高航天器的姿态测 控精度。 光学系统的成像质量直接影响测量精度， 凝 视式地平仪的光学系统不同于扫描式地平仪， 后 者只要求对瞬时小视场成像， 通过机电扫描获得 地球图像， 而前者则需将整个地球成像在焦平面 阵列上， 要求光学系统在大视场内具有好的像质。 本文介绍适用于凝视式地平仪的光学系统设计。 首先， 给出其技术性能指标和设计思想； 然后， 给 出设计结果、 像质评价和公差分析结果。
大面阵长波红外光学无热化镜头的设计
大面阵长波红外光学无热化镜头的设计陈潇【摘要】红外成像随着红外探测器技术及红外材料的发展,一方面是走向大面阵,另一方面是走向无热化.文中设计了一款用于大面阵(1024×768,17 μm)长波红外光学无热化镜头.系统由4片透镜组成,采用两种红外材料组合设计和两面非球面校正系统像差设计,焦距为90 mm,相对孔径为1∶1,全视场角为13.8°,总长为108mm.设计结果表明:在空间频率为30 lp/mm,0视场的MTF值大于0.45,接近于衍射极限,1视场的MTF大于0.35,在-60℃～+100℃温度范围内,各视场MTF值与常温变化不大,满足光学无热化设计.该镜头结构简单、紧凑、工艺性良好,易于加工,易于实现.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2018(040)011【总页数】4页(P1061-1064)【关键词】大面阵;无热化;非球面;长波红外;光学设计【作者】陈潇【作者单位】南京邮电大学通达学院电子工程学院,江苏扬州225127【正文语种】中文【中图分类】O439随着红外光学的发展，无论是在军事还是在民用领域均对红外镜头有着很高的需求量。
由于非制冷红外镜头成本低，结构简单，市场需求量也日益增多。
进而对非制冷镜头视场角及环境适应性的要求也越来越高，尤其是在高低温环境中。
目前，市场上大多数的红外镜头都是匹配384×288，25mm或640×512，17mm探测器，而大多数的无热化设计是通过机械主动补偿方式实现高低温补偿，也有少部分产品实现了机械被动无热化设计，还有少量的镜头实现了光学被动无热化设计[1-3]。
其中这部分光学被动无热化镜头分为两类：一是采用多种材料组合与非球面实现，这部分镜头大多数都是短焦镜头；二是对于焦距稍长的系统，大多采用折/衍混合实现，像质良好，在无热化方面取得了重大突破。
为了满足大面阵探测器、高成像质量无热化设计及中长焦距段的长波红外镜头的需求，文中实现了一款长波红外光学无热化镜头。
近红外成像光学系统设计
近红外成像光学系统设计1 近红外成像光学系统近红外成像是一种非常先进的成像技术，它可以在大气湿度，灰尘和烟雾等恶劣环境中得到清晰的图像。
它可以显示夜间环境中隐藏的物体，还可以通过精细调节来提供多种模式以满足特定应用需求。
近红外成像光学系统是一种实现此功能的系统，具有多种功能。
1.1 近红外成像光学系统的组成近红外成像光学系统由近红外摄像机、近红外发射器和光学组件组成。
近红外摄像机由一个红外探测器和一个控制模块组成，可以探测目标的热量发射，产生清晰的图像。
该近红外发射器可以将红外辐射发射到目标表面，以便远程检测和计算目标特征。
此外，还需要安装一些光学组件，例如镜头、滤镜和投影仪，以提高图像质量。
1.2 近红外成像光学系统的性能可实现近红外成像光学系统的性能很高，它可以提供清晰的图像和有效的定位能力。
传感器的精确度高，可以测量准确的热量分布特征，有效识别物品的温度变化。
此外，系统可以节能环保，它只需要极少的电量运行，且检测距离远。
同时，它的灵活性也很强，可以在各种场景中工作，适用于多种应用场景，可根据客户的需求进行大量调整。
2 近红外成像光学系统的应用近红外成像光学系统可以用于多种应用，例如智能安防领域，它可以实现温度场检测，监测报警，还能够检测出可疑的人员动态；另外还可以用于医疗领域，它可以实现心脏检测，监测婴儿的温度等；与此同时，近红外成像光学系统还可以用于温度测量、工业过程控制和无人机远程监控等领域，以解决精确测量和图像识别问题。
3 近红外成像光学系统的研究近红外成像光学系统研究仍在不断发展，研究者们正在不断改进系统的精度和性能，以满足更多应用需求。
在传感器方面，正在开发新型探测器，以提高探测精度；在发射器方面，正在开发可实现远距离红外照射的新型照明系统；在光学组件方面，正在开发设计新型光学系统，以提升图像质量。
4 结论近红外成像光学系统是一种前沿的成像技术，可以用于多种应用。
它具有高精度、灵活性强、支持夜视等优点，可以满足多种特定需求。
红外连续变焦镜头的结构设计
万方数据第１期李永刚．等：红外连续变焦镜头的结构设计６１统，共有１４片透镜，包括变焦物镜系统和二次成像系统。
镜片数日的增加，有利于校正像差，可提高像质；二次成像系统的作用是为了减小物镜的直径同时保证１００％的冷屏效率。
１．２变倍组导向机构选型连续变焦镜头在连续变焦的过程中，光轴随着变倍和补偿镜组的位移始终在跳动，而光轴跳动量的大小直接影响系统的性能指标。
所以变倍、补偿镜组的导向机构设计是此红外变焦距镜头结构设计的核心。
变焦距镜头导向机构的种类很多，按接触摩擦性质可分成两大类：滑动摩擦机构和滚动摩擦机构。
滑动摩擦机构是导轨与移动镜组之间采用滑动接触方式，滚动机构是导轨与移动镜组之间采用滚动方式…。
常用的变倍机构有以下几种形式¨】：１．圆柱导轨滑动机构。
这种结构变倍精度高，径向结构尺寸小，适用于变倍和补偿组光学通光口径较小的结构。
２．两根圆柱导轨滑动机构。
由于滑动部件为两根圆柱导轨，这种结构变倍精度高，承载的负荷也比第一种大。
但是由于是超定位结构，光学通光口径太大，容易产生机构卡死现象，机构的径向尺寸也较大。
一般适用通光口径３０—８０ｍｍ的结构。
３．三根圆柱导轨滑动机构。
这种结构的优点是运动舒适、平稳，不容易产生卡死现象，可以带动通光口径较大的光学组件。
缺点是运动精度较前两种低，一般适用通光口径５０—１２０ｍｍ的结构。
滚动摩擦机构就是在上述滑动摩擦机构的基础上，加上精密轴承或者精密钢球等，来减小摩擦力矩，提高系统总体性能。
根据以上经验，本文选用两根圆柱导轨形式，并且在变倍、补偿镜组与圆柱导轨之间采用精密直线轴承配合，使该机构由滑动摩擦变为滚动摩擦。
１．３调焦机构选型调焦组的作用是通过调焦机构，使调焦镜组沿光轴方向移动，以保证在远近不同距离上的物体，都能清晰地成像在像面上。
因此，它的机构优劣直接影响到变焦距镜头的成像质量。
光学系统调焦机构大体有三种方式，一种是凸轮调焦¨１，一种是采用直线电机调焦…，另一种是丝杠丝母调焦。
安防监控红外摄像机设计方案【立方体】
一、闭路监控系统概述闭路电视监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统，它可以通过遥控摄像机及其辅助设备（镜头、云台等）直接观看被监视场所的一切情况，可以把被监视场所的情况一目了然。
同时，电视监控系统还可以与防盗报警系统等其它安全技术防范体系联动运行，使其防范能力更加强大。
象、真实地反映被监视控制对象的画面，并已成为人们在现代化管理中监控的一种极为有效的观察工具。
由于它具有只需一人在控制中心操作就可观察许多区域，甚至远距离区域的独特功能，被认为是保安工作之必须手段。
闭路电视监控系统（CCTV）能提供某些重要区域近距离的观察、监视和控制。
系统符合国家有关技术规范。
一般在系统应设置电视摄像机，以实现全方位监控。
系统的主要设备应配置电视监视器、时滞录像机和画面处理器等，使用户能调看任意一个画面和遥控操作任意一台有遥控功能摄像机的云台和变焦功能。
根据用途选择合适的系统配置，CCTV监控系统能够满足您多方面的需求：切换系统：在一台监视器上依次切换显示多个摄像机的图像，可以进行重点的切换画面显示，切换时间可以调整。
即使摄像机数量增加，监视器也不必增加，所以该系统可以节约成本，非常经济。
数字分割系统：把一台监视器的画面多分割以同时显示4个到16个摄像机的图像，只需一人就能够同时监视多个场所的现场情况。
所有摄像机图像可以编程成组或切换在1台高清晰度监视器上同时分割显示，也可以自由切换选择按顺序单独显示或设置为4分割或9分割等显示状态。
系统中的重点摄像机图像送入一台16画面处理器并由一台24小时录像机使用一盒普通180分钟录像带实时录像，录像可以回放，以便为管理提供证据。
远距离操作摄像机放大系统：全方位旋转云台彩色32倍变焦摄像机，通过系统控制键盘的操作可以实现摄像机图像自上下左右旋转扫描，对摄像机云台转向、镜头焦距、镜头光圈等进行遥控操作，远距离捕捉现场物体的全景和放大后的细节，放大倍数可以预定。
第10课近红外镜头示例
第10课：近红外透镜案例我们将设计一个用于波长1.06到1.97微米范围内的近红外透镜。
设计红外透镜时的挑战是，寻找有用的光学材料且成本适宜。
本课程的任务是重新设计现有透镜，用普通光学玻璃替换一些不需要的材料。
参考案例1.RLE，ID为MIT1TO2UM LENS。
您可以检查该透镜并检查其性能。
将光扇图的比例设置为0.01mm。
该透镜有三个材料为ZNS的镜片和一个材料为AS2S3的镜片，共有四个镜片。
我们希望尽可能避免使用这些材料。
我们需要匹配的一阶属性如下（尺寸以mm为单位）：∙Entering beam radius17.5∙Chief-ray angle0.935degrees∙Back focus distance16.3∙Cell length50让我们从头开始，而不是尝试改变当前透镜中的材料，所有这些材料的折射率都大于2.0。
为此，我们将使用设计搜索程序。
但首先我们必须做出判断：如果我们只是运行DSEARCH并让它找到模型玻璃，它就不会得到任何在NIR 上产生重大影响的玻璃。
（该模型代表了所有玻璃的平均值。
）所以我们必须引导它。
打开玻璃库显示（MGT），选择Guangming列表，然后单击图表按钮并选择显示的选项。
数据现在不在屏幕上，因此单击显示并使用鼠标滚轮缩小，直到看到一组红点。
然后用鼠标右键平移放大。
单击“Full Name”按钮。
你应该看到下面的显示。
记下圈出的四个玻璃名称：D-FK61，G-ZF52，H-ZH88和H-F51。
那些肯定与其它的玻璃不同。
我们将指示DSEARCH仅使用其中两个，然后使用全部四个进行全面的玻璃搜索。
这是我们的SEARCH输入：CORE16PROJDSEARCH3QUIET!the best lens will show up in library location3(and also in PAD)SYSTEM!system requirements followID NIR EXAMPLE!lens identification OBB0.93517.5!specify the objectWAVL1.971.531.06!and the wavelength rangeUNITS MMENDGOALS!here we set the goalsELEMENTS5!since glass has a lower index,we’ll ask for5.FNUM1.428BACK16.1TOTL50.1STOP FIRST!there seems to be no reason to let the stop position vary STOP FIX!so we put it in front and keep it thereNPASS100ANNEAL20020RSTART300!a useful starting radius,TSTART1!and this thickness on each element to start with QUICK6090FOV0.51FWT211GLASS POS!positive elements will use this glass type G D-FK61GLASS NEG!and negative this type.G H-ZF88ENDSPECIAL!here we give requirements that are not defaultsACM3.11!auto edge control(AEC)and center thickness control(ACC)are defaults ACA!but we add to these ACM,so thicknesses do not get too thin,ACA,ASC!so rays do not approach the critical angle,and ASC so surfaces do not END!get too close to the hemisphere point.GO!this starts the process.PROJ在不到一分钟的时间内，该过程生成了它找到的10种最佳初始结构的图片。
- 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)。
光学系统设计方案
设计参数：
1)ICCD分辨率：1248х1024
2)像元尺寸：6μmх6μm
3)靶面尺寸：7.48mmх6.14mm
4)系统焦距：1500mm
5)F数：3.75
6)波段范围：450nm～800nm
系统初步设计如下：
口径Ф400mm，系统长度500mm。
光路二维图如下图所示。
系
统为折返射式光学系统，前部采用施密特矫正镜，后端采用卡式系统，
21:13:08
达到减小系统尺寸的目的。
图 1 光学系统二维图
图 2光学系统三维图
21:17:16
86.21 MM New lens from CVMACRO:cvnewlens.seq Scale:0.29 22-Nov-14
图 3 光路剖视图
表 1线视场分析
距离（km） 1 5 10 30
线视场（m）5×4.1 25×20.5 50×41 150×123
图 4系统球差及场曲曲线
系统传递函数曲线如下图所示，根据探测器像元尺寸，MTF截频计算至83lp/mm处，从下图可以看出，系统MTF在100lp/mm处，水平最大视场及垂直最大视场均高于0.5，对角线视场MTF高于0.5。
21:14:01
图 5 系统MTF曲线
系统弥散圆的大小如下图所示，弥散圆表示点源物体经过系统后的发散情况，其半径越小、能量越集中，说明成像质量越好。
通常接近衍射极限的系统弥散圆直径小于接收器的单个像素值。
本系统采用的探测器像元尺寸为6μm，系统的弥散圆直径最大值为3.8μm，说明系统的成像质量接近衍射极限。
21:21:35
图 6畸变网格及畸变曲线
系统的畸变网格和畸变曲线如下图所示，畸变的大小能直接反映出系统图像的变形情况，从下图中可以看出，系统的最大畸变小于0.01%，图像变形肉眼无法分辨。
图 7畸变网格及畸变曲线
系统成像的二维仿真效果如下图所示，左图为目标图像，右图为经系统后所成图像，从图中可以看出，系统成清晰倒像。
图 8二维成像仿真
公差分析
镜头最终的成像质量受到材料、加工、装配等各方面的影响，为保证系统最终获得良好的成像质量，设计时应充分考虑系统各部分的公差分配，使材料、加工及装配的误差均在可接受的范围内，避免某
类误差过大使最终的成像质量下降过多。
下图给出了系统在100lp/mm处MTF的概率分布曲线，系统对各部分的公差要求如下表
所示，从图中可以看出，在考虑各部分的公差后，系统MTF90%概率处于0.37以上，能够保证最终系统有良好的成像质量。
目前的装配
21:28:54
及加工水平均可以保证表中要求的公差。
图 9 MTF概率分布曲线
探测能力分析
决定探测距离的因素通常有以下几个方面。
1、镜头焦距
决定探测距离的一个重要因素就是镜头焦距。
镜头焦距直接决定了目标所成的像的大小，也就是在焦平面上占几个像素，焦距越大，目标像所占用的像素点越多，根据约翰逊准则可知，其探测距离更远。
2、探测器性能
镜头焦距是从理论上决定了相机的探测距离，在实际应用中起着重要作用的另一因素是探测器性能。
镜头焦距只是决定了所成像的大小，占用像素点的数量，探测器性能则决定图像质量，如模糊程度，信噪比等。
探测器性能可从像元尺寸、灵敏度、信号处理等方面来分析。
像元尺寸越小，则空间分辨率越小，其探测距离越大。
探测器的灵敏度和信号处理决定了图像的清晰度。
如果探测器的灵敏度和信号处理能力不好的话，则所成的像只是一个模糊的像，也就无法识
别。
因此，一些探测器的灵敏度不高的话，则采取加大镜头口径的方法来提高图像效果，这增加了成本。
3、大气环境
虽然热辐射对大气的穿透能力比可见光强，但大气吸收、散射等对热像仪成像还是有一定的影响，特别是大雾和大雨的天气环境，从而影响到探测距离。
综上所述，在能见度一定的情况下，光电系统的探测能力主要由两部分组成，一是目标在靶面上成像所占的像元数，二是目标被系统接收成像后的信噪比。
此部分内容需要和探测器的探测灵敏度，转换效率等因素一并进行分析考虑。