红外光学系统无热化设计研究

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波前编码应用于红外光学系统无热化的研究

第40卷第1期红外与激光工程2011年1月Vol.40No.1Infrared and Laser Engineering Jan.2011波前编码应用于红外光学系统无热化的研究冯俐铜，孟军合，顿雄，陶玉（天津津航技术物理研究所，天津300192）摘要：波前编码技术是通过在光学系统的光阑位置放置位相板，对波前进行调制，使得光学系统对离焦类像差不敏感，从而增大了焦深，通过对中间模糊图像的数字滤波处理，可以获得清晰图像。

焦深延拓的特点使该技术在红外光学系统无热化方面具有很好的应用前景。

设计了一个有效焦距f′为100mm，F数为1.2，工作波段为7.5～13.5μm，工作距离为2km的非制冷型红外光学系统，在光阑处放置一块三次位相板，通过CODEV模拟光学系统在-40～60℃温度范围内的性能变化，得到的波前编码光学系统的MTF维持不变。

使用MATLAB模拟波前编码系统的中间成像及其滤波结果，结果表明：波前编码技术可使红外光学系统在大温差环境下获得清晰图像。

关键词：波前编码；红外光学系统；无热化；数字滤波中图分类号：TN2文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)01-0083-04Wavefront coding for athermalization of infraredimaging systemFeng Litong,Meng Junhe,Dun Xiong,Tao Yu(Tianjin Jinhang Institute of Technical Physics,Tianjin300192,China)Abstract:By inserting a phase mask close to the pupil plane of an optical system so as to modulate the wavefront,the optical system is insensible to defocus aberrations and the depth of field is extended consequently which can be applied in athermalization of infrared imaging systems.Moreover,the intermediate image which is ambiguous can be turned into a sharp image by digital filtering.In this paper,an uncooled infrared optical system with effective focal as100mm,F number as1.2,operating wavelength varying from7.5μm to13.5μm and an operating distance from the object as2km was designed.A cubic phase mask was used,and the MTF curve was invariable as an ambient temperature varying from-40℃to60℃in the simulation with CODEV.The imaging process of a wavefront coding system and the output of digital filtering were simulated with MATLAB.The results show that the sharp images can be obtained within a large range of varying temperature.Key words:wavefront coding;infrared optical system;athernalization;digital filtering收稿日期：2010-04-11；修订日期：2010-05-10作者简介：冯俐铜(1987-)，男，硕士生，主要从事光学系统设计方面的研究。

长波红外景象模拟器投影光学系统无热化设计

ｓｉｍｕｌａｔｏｒｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｔｈａｔｔｈｅｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｎｎｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅｄｉｃｈｒｏｉｃｐｒｉｓｍ．Ｔｈｅａｂｅｒｒａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄａｔｈｅｒｍａｌｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｗｏｒｋｉｎｇｗａｖｅｂａｎｄｉｓ８－１２１．ｔｍｌｏｎｇｗａｖｅｉｎｒａｆｒｅｄｂａｎｄ，Ｆ｛ｆｊ｝ｉｓ２．８，ｔｈｅｉｆｅｌｄｏｆｖｉｅｗｉｓ３。．Ｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓａｔｈｅｒｍａｌｉｚｅｄｂｙｏｐｔｉｃａｌｐａｓｓｉｖｅａｔｈｅｒｍａｌｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄａｔ一４０ — ６０℃．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｓｃｅｎｅｓｉｍｕｌａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎＤＭＤｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｍｅａｎｓｆｏｒｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｉｎｇａｎｄ

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。

中波红外成像无热化光学系统设计

ｐｐｌｎｔｐｏｈｐｉａｙｔｍｓｃｉｃｄｄＴｈｐｉａｙｔｍａａｙａｖｎａｅ，ｕｉａｄｓｏｆｔｅｏｔｌｓｓｅｗａｏｎｉｅ．ｃｅｏｔｃｌｓｓｅｈｓｍｎｄａｔｇｓｓｃｓｓｍｐｅｓｒｃｕｅｓｌｖｌｍｅｌｈｉｈｎＯｃｓ．ｔｃｎｂｐｌｄｔｐｃｎｕｈａｉｌｔｕｔｒ，ｍａｌｏｕ，ｉｔｗｅｇｔａｄｌＷｏｔＩａｅａｐｉｏｓａｅｉ — ｇｅ
Ｊｎ２１ａ．０２
中波红外成像无热化光学系统设计
白瑜，廷文，妩媚，伟民邢林谢
（国科学院光电技术研究所，中四川成都６００）１２９
摘要：绍了温度变化对红外光学系统的影响和红外光学系统无热化设计的常用方法。应用介
方法。目前文献中有关红外光学系统无热化的报道大都在系统中采用了衍射面和非球面［］这在１，。
一
定程度上增加了加工成本，加工和装配也带给
来了很多不便。本文设计了一个折射式全球面无热化红外光学系统，用锗、和硒化锌３种光学采硅
ＢＡＩＹｕ，ＮＧｎｇｗｅＬＩＷｕｍｅ，Ｅｅ－ｉＸＩＴｉ — ｎ，Ｎ — ｉＸＩＷｉｍｎ
（ＩｓｉｔｆＯｐｉｓａｄＥｅｔｏｉｓ，ＣｈｎｓａｅｆＳｉｎｅＣｈｎｄ１２９，Ｃｈｎ）ｎｔｕｅｏｔｃｎｌｃｒｎｃｔｉｅｅＡｃｄｍｙｏｃｅｃ，ｅｇｕ６００ｉａ

大相对孔径紧凑型无热化红外光学系统设计_曲贺盟

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
）
摘要根据目前搜索和跟踪系统要求其红外成像光学系统具有高成像质量、超轻小型化和高温度适应性的特点。采用折反射式光学系统结构形式，基于Ｊ设计了一种大相对孔径紧凑２０×３２０凝视焦平面阵列探测器，－Ｔ制冷型３光学系统远摄比达到０．使该系统在－４型无热化红外光学系统，６。采用光学被动消热差方法进行设计，０ ℃～提出合理杂辐射抑制方６０ ℃ 温度范围内实现了无热化。同时采用杂散辐射分析软件对系统进行杂散辐射分析，给出了完整的光学系统设计。结果表明，光学系统在不同温度环境下所有视场的调制传递函数（案，ＭＴＦ）（／均接近衍射极限，且具有结构紧凑、体积小等优点，可满足搜索和跟踪１７ｌｍｍ）８０％的能量集中在１个像元内，ｐ红外光学系统的使用要求。关键词光学设计；红外光学系统；折反射式光学系统；无热化；杂散辐射：／中图分类号ＴＮ２１６文献标识码Ａｄｏｉ１０．３７８８ＡＯＳ２０１２３２．０３２２００３
１ｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏＯｔｉｃａｌＳｓｔｅｍＡｄｖａｎｃｅｄＭａｎｕａｃｔｕｒｉｎＴｅｃｈｎｏｌｏＣｈａｎｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏＯｔｉｃｓ，ｙｙｆｐｙｆｇｇｙ，ｇｆｐ烄Ｋ烌

中波红外成像无热化光学系统设计

中波红外成像无热化光学系统设计白瑜;邢廷文;林妩媚;谢伟民【摘要】介绍了温度变化对红外光学系统的影响和红外光学系统无热化设计的常用方法.应用CODE-V光学设计软件设计了一个工作于中红外光谱波段的折射式全球面镜无热化光学系统,采用锗、硅和硒化锌3种光学材料,系统镜间材料为铝合金.设计结果表明:在-40℃～+65℃温度范围内,光学系统的成像质量接近衍射极限,且光学系统的出瞳与光栏重合,具有结构简单、体积小、质量轻、成本低等优点,可应用于空间红外光学系统.%The effect of temperature variation on infrared optical system and athermalization technique were introduced. An athermal middle infrared refractive optical system was designed by CODE-V optical design software ,which used Ge, Al and ZnSe material. The image quality of the system approached diffraction limit in the temperature range of -40℃~65℃. The exit pupil and stop of the optical system was coincided. The optical system has many advantages, such as simple structure,small volume,light weight and low cost. It can be applied to space infrared optical system.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2012(033)001【总页数】5页(P181-185)【关键词】红外光学系统;热效应;无热化设计【作者】白瑜;邢廷文;林妩媚;谢伟民【作者单位】中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都610209【正文语种】中文【中图分类】TN216;TH703引言空间红外相机的工作环境温度变化范围比较大，通常要求在－40℃～＋65℃温度范围内有稳定的光学性能。

大相对孔径非制冷红外光学系统无热化设计

大相对孔径非制冷红外光学系统无热化设计林琳;门克内木乐;解晓蓬;郭晶【摘要】To meet the needs of the current military infrared imaging instrument,we designed a lens for 8~12 μm wave band with uncooled optical passive method.The specific parameter,F is 1,focus is 40 mm,field of view is 16.8°.The design results are achieved within the scope of the -40~65 ℃,as close to the diffraction limitation.The system does not need focus.The athermalization performance is good.%针对当前军工红外成像仪器小型化及宽温度适应性的需要，采用光学被动式无热化方法对8～12μm 波段设计了一款镜头。

该镜头 F 数为1、焦距为40 mm、视场为16．8°、温度适应范围为－40～65℃。

设计结果显示，在要求的温度范围内，系统无需调焦，像质接近衍射极限，达到无热化的性能要求。

【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P319-323)【关键词】红外光学系统;无热化;大相对孔径【作者】林琳;门克内木乐;解晓蓬;郭晶【作者单位】内蒙古大学物理科学与技术学院，内蒙古呼和浩特 010021;内蒙古大学鄂尔多斯学院，内蒙古鄂尔多斯 017000;内蒙古大学物理科学与技术学院，内蒙古呼和浩特 010021;内蒙古大学物理科学与技术学院，内蒙古呼和浩特010021【正文语种】中文【中图分类】TN202引言随着红外成像技术的发展，对于红外成像系统在复杂环境中的适应性提出了越来越高的要求。

双波段透射式红外无热化光学系统设计

河南科技Henan Science and Technology 电气与信息工程总第812期第18期2023年9月双波段透射式红外无热化光学系统设计黄辰旭（中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南洛阳471000）摘要：【目的】随着光电探测技术的发展，双波段探测技术在识别伪装、消除干扰等方面的优势越来越明显。

双波段共光路无热化红外光学系统设计成为机载光电领域发展的关键。

【方法】该系统采用锗、硫化锌、IG4和硒化锌这4种材料，并搭配合适的正负光焦度，利用不同材料与铝的热膨胀系数存在的差异来实现消热差。

【结果】该系统的焦距为320mm、F数为2、工作波段为3~5µm和8~12µm，在-55～70℃的宽温范围内，该系统的MTF大于0.4（21lp/mm）。

【结论】该系统为实现双波段红外光学系统的小型化、轻量化提供了参考，并在机载光电探测设备中得到广泛应用。

关键词：红外光学系统；消热差设计；双波段；共光路中图分类号：TG333文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）18-0009-05 DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.18.002Design of Dual-Band Transmission Infrared Non-Thermal OpticalSystemHUANG Chenxu（Luoyang Institute of Electro-Optical Equipment,AVIC,Luoyang471000,China）Abstract:[Purposes]With the development of photoelectric detection technology,the advantages of dual-band detection technology in identifying camouflage and eliminating interference are becoming more and more obvious.The design of dual-band common-path athermal infrared optical system has be⁃come the key to the development of airborne optoelectronics.[Methods]The system uses four materials of germanium,zinc sulfide,IG4and zinc selenide,and matches the appropriate positive and negative light intensity,and uses the difference in the thermal expansion coefficient of different materials and alu⁃minum to achieve athermalization.[Findings]The focal length of the system is320mm,and its F num⁃ber is2,and the working bands are3~5µm and8~12µm.The MTF of the system is greater than 0.4(21lp/mm)in a wide temperature range of-55~70℃.[Conclusions]The system provides a refer⁃ence for the miniaturization and lightweight of dual-band infrared optical system,and is widely used in airborne photoelectric detection equipment.Keywords:infrared optical system;athermalization design;dual-ban;common aperture0引言目前，常采取长波波段对空迎头进行探测，而飞机发动机等高温目标的主要辐射波长为3～5µm，且在湿度较大的环境中，长波透过率低，无法满足高湿热环境中的使用要求。

大相对孔径长波红外光学系统无热化设计

ＡｂｔａｔＡｉｉｇａｈｔｅｍａｅｉｎｒｑｉｅｎｓｏｎｒｒｄｉｇｎｙｔｍｓｆｒｄｆｎｅｓｒｃ：ｍｎｔｔｅａｈｒｌｄｓｇｅｕｒｍｅｔｆｉｆａｅｍａｉｇｓｓｅｏｅｅｓ
ｔｃｌｓｔｍｉａｙｓｅ
引言
对于工作范围在一４ ℃ ～６ ℃ 的红外成像系００统来说，温度的变化会使光学系统的结构参数（如
大相对孔径长波红外光学系统无热化设计
张续严，姜瑞凯，贾宏光
（国科学院长春光学精密机械与物理研究所，林长春１０３）中吉３０３
摘要：对目前许多军工仪器红外成像系统的结构简单、积小、量轻的无热化设计要求，针体质
ａｐｉａｉｎｓｃｓｓｍｐｅｓｒｃｕｅｍａｌｉｅａｄｌｈｉｈ，ｔｉａｅｒｐｓｄａｎｒ — ｐｌｔｏｕｈａｉｌｔｕｔｒ，ｓｌｓｚｎｉｔｗｅｇｔｈｓｐｐｒｐｏｏｅｎｉｆａｃｇｒｄｏｔｃｌｙｔｍ（ｍ～１ｍ）ｗｉａｓｖｐｉａｔｅｍａｉａｉｎｄｓｇ．Ｔｈａａｔｒｅｐｉａｓｅｓ８２ｔｐｓｉｅｏｔｌｈｒｌｔｏｅｉｎｈｃａｚｅｐｒｍｅｅｓ
采用光学被动式方法对８ｍ～１ｍ波段、２相对孔径为１的红外光学系统进行了无热化设计。

红外镜头无热化性能评估系统研究

红外镜头无热化性能评估系统研究红外镜头因受温度的影响较大，需进行无热化设计，而国内对于无热化效果的评估研究并不多。

文章将光电检测技术与无热化技术相结合，提出了一种在现有MTF传函仪的基础上增加红外镜头无热化测试组件，来测试红外镜头在不同温度下的MTF值，通过对得到的不同MTF值进行定量分析，实现对红外镜头无热化效果的评估。

针对其关键的中继镜头分析了三种可能的设计方法，最终选定了最可行的设计方案。

系统分析合理，可行性高。

标签：红外镜头；无热化评估；MTF1 概述随着红外光学技术的快速发展，红外镜头越来越多地应用在民用、工业、军事等领域。

由于温度的变化会对红外镜头的光学元件的面型，光学元件的折射率，透镜的焦移等产生影响，导致镜头的成像质量变差，图像模糊不清和对比度下降。

因此红外镜头的设计过程中进行无热化设计是必不可少的环节之一。

近几十年来国际上都在大力研究红外镜头的无热化方法，但是对于红外镜头的无热化检测方法的研究还非常少，无热化评估作为一种评价镜头好坏的条件是非常重要的。

本文提出了利用现有的传函仪，设计一组中继镜头，使普通的MTF测试仪可以测试红外高低温镜头下的MTF，重点分析了三种中继镜头的设计方案，最终得到有效可行的设计方案[1][2]。

2 无热化检测技术无热化检测技术是用来检测红外镜头的无热化设计的质量的，目前大多数的无热化检测方法是主观判断图像质量。

光学传递函数被认为是光学镜头成像质量评价的有效、客观、全面的一种检测方法，因为光学传递函数不仅与光学系统的像差，还与光学系统的衍射效果有关，同时，它还是一种定量，易做到数字化和快速测量的方法。

本文提出的无热化检测方法是通过无热化技术与光电检测技术相结合来实现检测目的的，随着红外技术的不断发展，无热化检测技术将逐渐成为一种用于评价红外镜头无热化效果好坏的重要红外计量技术[3][4]。

目前主要的无热化检测技术分为两种，一种是将被测的红外热成像仪整体放入高低温箱内部，通过高低温箱的窗口观察处在高低温箱外部的目标源，改变高低温实验箱内的温度热像仪会输出一系列的图像，根据热像仪输出图像的清晰度来判断红外热成像仪的无热化性能。

基于波前编码技术红外光学系统无热化研究

Ｖ０．５ＮＯ．１３２
Ｊｎ２２ｕ．０１
基于波前编码技术红外光学系统无热化研究
吕天宇，杨飞，明名
（中国科学院
摘
长春光学精密机械与物理研究所，长春
１０３）３０３
要：波前编码技术是将光学成像与数字图像处理技术相结合，在系统的光瞳处通过添加特殊设计的相位板，对入射光
波波前进行重新调制，再经过解码得到清晰的图像，使系统对离焦不敏感，与红外无热化的理念相同。文中比较了原光学系统和采用波前编码系统在不同环境温度下的调制传递函数（ＭＴＦ），使用Ｍａｌ模拟中间光学部分成像并滤波。结果表ｔｂａ明：将波前编码技术应用到红外光学系统当中，可以使系统对由环境温度变化引起的热离焦不敏感，达到无热化的目的。关键词：波前编码；红外光学系统；无热化设计；图像恢复中图分类号：ＴＨ７４文献标识码：Ａ文章编号：１７－８０（０２２０２－３６２９７２１）０－０６０
ＲｅｅｒｈｏｈｅｍａｉａｉｎｏｆａｅｉａｌｙｔｍｓａｃｎＡｔｒｌｔｏｆｎｒｒｄＯｐｔｓｅｚＩｃＳＢａｅｎＷａｅｒｎｄｎｇｓｄｏｖｆｏｔＣｏｉ
ＬＶａｙ，ＹＡＮＧｉＭＩＴｉｎｕＦｅ，ＮＧｉｇＭｎ（ｈｎｃｕｓｉｔｆｐｉ，Ｆｎｅｈｎｓｄｈｓｓｈｈｎｓａｅｆｃｎｅ，Ｃｈｎｃｕ３０３ＣａｇｈｎＩｔｕｅｔｓｉｅｃａｉｙｉ，ｔｅｉｅｅＡｃｄｍｙｏｉｃｓｎｔｏＯｃＭｃａＰｎｃＣＳｅａｇｈｎ１０３）

双视场红外光学系统的无热化设计

中图分类号：ＴＮ２１６文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．５７６８／ＪＡＯ２０１３３４．０３０１００１
Ａｔｈｅｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｄｕａｌｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｉｎｆｒａｒｅｄｓｙｓｔｅｍ
ＬＩＹａｎ１，２，ＺＨＡＮＧＢａｏ１，ＨＯＮＧＹｏｎｇ－ｆｅｎｇ１，ＺＨＡＯＣｈｕｎ－ｌｅｉ１，２
（）∑ １
ｈ１Φ
２ｋ
（ｈｉ２ωｉΦｉ）＝０
ｉ＝１
消热差度必须满足ｄｆ／ｄＴ＝ａｍＬ，即
（４）
（）∑ １
ｈ１Φ
２ｋ
（ｈｉ２ωｉＸｉΦｉ）＝ａｍＬ
ｉ＝１
（５）
式中：Ｌ为机构件的长度；ａｍ为结构件的线膨胀系
数。（３）式、（４）式和（５）式即为光学被动式无热化条
于使用材料的热胀冷缩而改变。光学被动式利用
光学材料在温度特性上的差异，通过对具有不同
折射率温度系数的光学材料进行适当组合，使光
学元件产生的离焦与机械结构产生的离焦相互补
偿，从而将系统的离焦量控制在允许范围内。若
要实现光学系统无热化设计，则组成的光学系统
度；Φ 为系统的光焦度；Φｉ为光学元件的光焦度；ωｉ
为光学元件的色散因子；Ｘｉ为透镜的光热膨胀
系数。
为了使光学系统在较宽的温度范围内具有良
好的成像质量，总光焦度必须满足：
ｋ
∑ Φ
＝
１ｈ１
ｈｉΦｉ
ｉ＝１
பைடு நூலகம்

红外二次成像无热化光学系统设计与实测

（中国科学院上海技术物理研究所，上海２０ＯＯ８３）
摘要：阐述了．ｓ－次成像红外光学系统相比于一次成像红外光学系统而言，对温度变化更加敏感的特点及其影响，讨论了基于光学被动式无热化原理的二次成像红外光学系统的设计方法。不仅给出了设计的一个红外制冷型二次成像光学系统的实例，还对该无热化镜头进行了实际加热对比成像试验，并给出了成像测试结果。设计结果表明：该系统在一４０ ℃～＋８０ ℃的温度范围内，像质接近衍射限，最佳像面变化量在一倍焦深范围之内，焦距变化率低，实现了光学被动式无热化。实际测试结果显示，所设计的二次成
无热化方法主要有光学被动式机械被动式机2光学被动式无热化原理电主动式等几种口其中光学被动式不需引入调焦光学被动式无热化的思路是利用不同材料的机构体积小质量轻成本低因此文中选择了光学热特性的差异通过选择合理的材料组合以及合理被动式无热化设计方法
第４２卷第ｌ２期
Ｖｏ１．４２ＮＯ．Ｉ２
Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｅｓｔ－ｒｅｓｕｌｔｏｆｒｅ－ｉｍａｇｉｎｇａｔｈｅｒｍａｌｉｎｆｒａｒｅｄ
ｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ
ＹｕＹａｎｇ，ＪｉａｎＹｉ，ＰａｎＺｈａｏｘｉｎ，ＪｉｎＹａｐｉｎｇ，ＴａｎｇＸｉｎｙｉ
（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｎｇａｈａｉ，２０００８３，Ｃｈｉｎａ）

微型长波红外无热化光学系统设计

文章编号：1672-8785(2019)03-0001-05微型长波红外无热化光学系统设计吴海清12曾宪宇1王朋1(1.凯迈(洛阳）测控有限公司，河南洛阳4H009&2.中国空空导弹研究院，河南洛阳471009)摘要：为了使微小型无人机光电吊舱能够实现红外热成像系统小型化并适应不同的环境条件，基于光学被动无热化方式，通过合理分配不同材料透镜的光焦度并同时引入衍射面，设计了一种工作波段为8〜12^m、视场为24. 5°X19. 7°、F数为1. 0的非制冷无热化红外成像光学系统。

该系统由四片透镜组成，其总重量仅为35 g。

光学系统的总长度为38 mm。

结果，系统具结、、成像等特点，在30 1p/mm空间频率处的调制数（ModulationTransferFunction，MTF)值大于 0.3，满足应。

关键词：微型吊舱；光学设计；红外光学&衍射光学中图分类号：C439;TH74 文献标志码：A DOI:10.3969/j.issn.l672-8785.2019.03.001Design of Miniature Long-Wave Infrared Optical SystemWith Optical Passive AthermalizationWUHai-qing1，2，ZENGXian-yu1，V>NG Peng1(l.C A M A(Luoyang) Measuremen t and Control Co.，Luo y ang 471009，China;2. Chira Airborrn Missile AcaOemy，Liuyang 471009，China)Abstract：In order to meet the requirements of miniaturization of thermal imaging system and ronmental conditions in the electro-optic POD of micro-mini UA1 ?an uncooled infrared imaging optical systemwith field of view of 24. 5〇X19. 7〇 was designed by means of optical passive athermalization, reasonable distribution of focal degrees of lenses with different materials and introduction of a binary optical element. Its operating wavelength range is from 8 )〇,m to 12 |xm, F number is 1.0. The system consists of four lenses with atotal weight of only 35 g ,and the total length of the optical system is 38 mm. The resutt shows that the system structure is simple and compact ?the back working distance is large ?and the imaging quality is high. Themodulated transfer function (MITF) value at the cutoff frequency of 30 lp/mm is greater than 0. 3，which satisfies the application requirements.Key words：miniature POD；optical design；IR optics；diffractive optics收稿日期：2019-02-15作者简介：吴海清（1982-)，男，陕西榆林人，工程师，硕士，主要从事成像光学系统设计方面的研究。

红外光学系统无热化设计研究

红外光学系统无热化设计研究作者：李广来源：《旅游纵览·行业版》2013年第12期本文介绍了目前国内常用的主动式无热化技术和国外已成功采用的被动式无热化技术的原理。

根据国内的加工工艺水平，分别从不同角度：球面系统光学材料匹配；引入非球面；使用简单的机械辅助结构讨论了从国外引进被动式无热化技术的可能性。

经实例设计和大量数据分析得出结论。

另外还介绍了目前国内适用于热成像的红外光学材料。

要保证红外光学系统在较宽的温度范围内正常工作，必须消除温度对红外光学系统的影响，即对红外光学系统进行无热化设计。

消除红外热效应有许多种途径，目前，国内常用的是主动式无热化技术，即在光学系统中外加测温反馈系统和机械调焦机构。

这种技术会造成系统的体积和复杂性变大，使系统的可靠性下降。

国外先进国家已成功地采用了被动式无热化技术。

该技术通过匹配光学材料的dn/dt、膨胀系数和光学机械材料的膨胀系数，使各影响因素的温度焦移互相抵消/补偿，使光学系统的成像质量在工作环境温度范围内始终保持可以接受的水平。

由于红外光学材料的dn/dt是造成热焦移的主要因素，因此被动式无热化技术需采用多种红外光学材料，有时还需要借助特殊结构才能实现。

根据国内现有条件尝试引进/被动式无热化技术。

考虑目前国内的加工工艺水平，从不同角度开展讨论：球面系统光学材料匹配；引入非球面；使用简单的机械辅助结构。

一、设计实例用一个设计实例进行研究讨论，其技术指标为：（1）光谱范围：3～5Lm，中心波长4Lm；（2）焦距：f=120mm；（3）通光口径：D=95mm；（4）红外探测器：320@240，单个探测器像元面积为：20Lm@20Lm；（5）像质要求：0～50%视场的像质不低于衍射限的80%；50%至全视场的像质不低于衍射限的50%；（6）后工作距：＼10mm；（7）系统总长：[100mm。

根据（2）和（4）中的指标可计算出设计实例的全视场为3.8b。

根据（1）～（3）中的指标可计算出设计实例的焦深范围为？12.8Lm。

波前编码应用于红外光学系统无热化的研究

码光学系统的ＭＴＦ维持不变。使用ＭＡＴＡＢ模拟波前编码系统的中间成像及其滤波结果，结果表Ｌ明：前编码技术可使红外光学系统在大温差环境下获得清晰图像波关键词：波前编码；红外光学系统；无热化：数字滤波
ｉｔｒｄａｅｍａｅｎｅｍｅｉｔｉｇｗｈｃｉａｉｈｓｍｂｉｕｕｃｎｅｕｎｅｉｔａｈｒｉｇｂｄｇｔｌｉｔｒｎ．Ｉｔｉｇｏｓａｂｔｒｄｎｏｓａｐｍａｅｙｉｉａｆｌｉｇｎｈｓｅ
中图分类号：ＮＴ — ２６２１）１０８ — ４０７２７（０１０ — ０３０
Ｗａｅｒｎｏｎｏｔｒａｉａｉｎｏｎｒｒｄｖｆｏｔｃｄｉｇｆｒａｈｅｍｌｔｏｆｉｆａｅｚｉａｉｙｔｍｍｇｎｇｓｓｅ
ｄｓｇｅｅｉｎｄ．Ａｃｂｃｐａｅｕｉｈｓｍａｋｗａｓｄ，ａｄｈｅｓｓｕｅｎｔＭＴＦｕｖｗａｎａｉｂｌａａａｃｒｅｓｉｖｒａｅｓｎｍｂｉｎｅｅａｕｅｅｔｔｍｐｒｔｒ
ｗｖｌｇａｙｎｒｍ．Ｉｔ１．山ｎｎｏｅａｎｉａｃｒｍｔｂｅｔａ２ｋｗｓａｅｎｔｖｒｉｇｆｅｈｏ７５ｘｏ３５ｎａｄａｐｒｔｇｄｓｎｅｆｅｏｊｃｓｍａｍｉｔｏｈ
冯俐铜，军合，孟顿雄，陶玉

基于波前编码技术红外光学系统无热化

吕天宇，杨飞，明名
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033）
摘要：波前编码技术是将光学成像与数字图像处理技术相结合，在系统的光瞳处通过添加特殊设计的相位板，对入射光
波波前进行重新调制，再经过解码得到清晰的图像，使系统对离焦不敏感，与红外无热化的理念相同。文中比较了原光学
系统和采用波前编码系统在不同环境温度下的调制传递函数（MTF），使用 Matlab 模拟中g.1 Principle of wavefront coding system
波前编码技术是由 Dowski 和 Cathey 在 1995 年首先提出的，随后国内外一些单位相继开展了该技术的研究工作，现在波前编码技术已成为近年来光学研究的热点之一［3］。波前编码技术是以傅里叶光学为理论指导，讨论离焦下的光学系统特性，原理如
1 理论原理
红外光学系统的折射光学材料的热特性要比可
见光材料热特性显著得多，在由 m 个折射元件组合成的系统中，由温度变化给系统带来的焦移量为：
∑ Δf
=
-Δt
æ
ç
è
1 h1ϕ
ö2
÷
ø
m i
h2i Tiϕi
（1）
式中Δ t 为温度变化量；hi 表示光线在第 i 个透
镜面的投射高度；φ 表示系统的光焦度；φi 表示第 i
收稿日期：2012-02-26 作者简介：吕天宇（1984-），男，硕士，研究实习员，主要从事光学系统设计与仿真的研究，E-mail：lty0414@。
第二期
吕天宇，等：基于波前编码技术红外光学系统无热化研究
27
图 1 所示，由于相位板对波前的重新调制，物体所成像在整个频域内没有零点，目标的信息不会丢失，从而使光学系统的光学传递函数（OTF）对离焦不敏感。将波前编码技术应用于红外光学系统中，在达到无热化效果的同时，还能增加系统设计的自由度，简化光学系统结构［4］。

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中图分类号：Ｔ３１文献标识码：ＡＰ９．４ＤＯ：１．６／ｉｎ１７．７５０２５０Ｉ０９９ｊｓ．２８．１．．５３．ｓ６８２００
ＳｔｕｄｙｏｅｉｆＡｔｒａｉｉｎｆａｅｐｔｃｌＳｔｍｆＤｓｇｎｏｈｅｍｌｚｎｇＩｒｒｄＯｉａｙｓｅ
０引言
军用红外光学系统一般工作在野外条件下，环境温度的变化范围较大，这对其使用构
成了严峻的考验。随着航天事业的不断发展，
红外光学经纬仪的性能。因此，在设计红外光学
系统的过程中，需要采用一定的无热化技术来消除温度的影 Ⅱ 向，使红外光学系统能够在一个较宽的温度范围内保持良好的成像质量。
１温度变化对红外光学系统的影响
１温度变化对光学元件折射率产生的影响．１光学材料的折射率温度系数ｄ／ｔ一个ｎｄ是随温度变化的量。１出了常见红外材料的主表列要性能参数。由表１知，锗（ｅ单晶的ｄ／ｔ约为可Ｇ）ｎｄ值
文章编号：１７—７５２１） — ３—４６２８（０２００２８５００
红外光学系统无热化设计研究
卢意红邓强
（３１６８１部队，四川西昌６５０）１００
摘要：分析了温度对红外光学系统的影响。军用红外光学系统往往工作在温度变化较大的环境中，因此必须采取有效的温度补偿措施以减少离焦。介绍了红外光学系统无热化设计的方法及原理。根据小型红外光学系统的设计参数，提出了光学被动式无热化设计思路。试验结果表明，光学系统在０＾６一０℃范围内可保持良好的成像效果。关键词：红外光学系统；无热化设计；光学被动式补偿
ｏｍａｌｎｒｒｄｏｔｃｌｓｓｅｊｎａｈｒａｅｉｎｉｅｒｐｓｉｅｏｔｃｌｃｍｐｎａｉｎｉｏｏｅｆａｓｌｉｆａｅｐｉａｙｔｍｔｅｍｌｄｓｇｄａｆａｓｖｐｉａｏａｏｅｓｔｏｓｐｒｐｓｄ．Ｔｈｘｅｉｎａｅｕｔｓｏｈｔｔｅｉｆａｅｐｉａｙｔｍａｃｉｖｏｄｉａｉｕｌｙｏｅｅｅｐｒｍｅｔｌｒｓｌｈｗｓｔａｈｎｒｄｏｔｃｌｓｓｅｃｎａｈｅｅｇｏｍｇｎｇｑａｉｖｒｒｔｔｅｔｍｐｒｔｒａｇｏ０ ℃ ｔ０ ℃ ．ｈｅｅａｕｅｒｎｅｆｍｒｏ６Ｋｅｏｄｓｉｆａｅｐｉａｙｔｍ；ａｈｒｌｓｇｐｓｉｅｏｔｃｌｃｍｐｅｓｔｏｙｗｒ：ｎｒｄｏｔｃｌｓｓｅｒｔｅｍａｉｎ；ａｓｖｐｉａｏｄｅｎａｉｎ
人们对红外光学系统成像质量的要求也越来越高。针对常温条件设计的光学系统在一般条件
下是可行的，但是在环境温度范围较宽的条件下，由于光学材料和机械材料的热效应，光学系统的一些参数会发生变化。例如，学元件的折光射率、曲率和厚度等均会随温度的变化而变化，
Ｌ — ｏｇＤＥＧＱｉｎＵＹｉｎ．Ｎａｇｈ
（３１ｍｙＸｉａｇ６５０，ｈｎｊ６８１Ａｒ，ｃｎ１００Ｃｉａｈ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴｈｎｕｎｃｆｔｍｐｅａｕｅＯｌａｎｒｒｄｏｔｃｌｙｔｍＳａｌｚｄｅｉｆｅｅｏｅｌｒｔｒｉｎｉｆａｅｐｉａｓｅｉｎａｙｅ．Ｔｈｐｉａｎｔｕｓｅｏｔｃｌｓｒ－ｉｍｅｔｏｉｔｒｓｒｓａｌｅｎａｗｉｅｒｎｅｏｅｐｒｔｒ．Ｔｈｒｆｒｊｔｌｉａｅｉａｅｎｓｆｒｍｌａｙｕｅａｅｕｕｌｕｓｄｉｄａｇｆｔｍｅａｕｅｉｙｅｅｏｅｏｅｉｎｔｍｇｍｐｌｎｅｏｕｉ，ｎｅｅｔｖｅａｅｄｆｃｓｎｇａｆｃｉｅｔｍｐｅａｕｅｃｍｐｎａｉｎｍｅｓｒｓｅｔｋｎｒｔｒｏｅｓｔｏａｕｅｍｕｔｂａｅ．Ｔｈｔｅｍａｅｉｎｅａｈｒｌｄｓｇａｐｏｃｎｒｎｉｌｆａｎｒｅｐｉａｙｔｍｒｒｓｎｅｐｒａｈａｄｐｉｃｐｅｏｎｉｆａｄｏｔｃｌｓｓｅａｅｐｅｅｔｄ．Ａｃｏｄｉｇｔｈｅｉｎｐａａｅｅｓｒｃｒｎｏｔｅｄｓｇｒｍｔｒ