用于红外瞄具测试的红外平行光管系统设计
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李光，王劲松，安志勇
（长春理工大学光电工程学院，长春１３００２２）
摘要：结合目前红外瞄具检测技术现状，设计了一种同轴反射式红外平行光管系统。红外平行光管系统由黑体光
源、靶标、电动；维精密转台、平面反射镜及抛物面反射镜等部件组成。此平行光管具有无色差、工作波段范围
宽、测量范围大、加工容易、易于调试等特点。并结合轻武器瞄具瞄准基线变化量测量的特点，用二维精密转台带
ＬＩ Ｇｕａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎｓｏｎｇ，ＡＮ Ｚｈｉｙｏｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｉｇｈｔｓ ｔｅｓｔ，ａ ｃｏａｘｉａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｉｓ ｄｅ－
平行光管¨·２１是光电检测、光学系统检校的重 要设备。大口径长焦距平行光管¨１由于口径大、焦 距长，一般采用反射系统，可适用于全波谱段且无 像差。根据系统主反射镜的使用状态可以分为共轴 式反射系统和离轴式反射系统两类，共轴系统具有 结构紧凑、体积小、调试方便、便携等特点，在很 多领域有着广泛的应用。但目前现有的共轴反射式 系统，不能实现扩展测试范围及自动读数等功能。 本文设计了一种可用于红外瞄具¨１测试的共轴反射 式平行光管。该光管具有分辨率较高、自动读数、 测量范围大等特点。可满足红外瞄具零位走动量的 高分辨率、装表量的大范围测量要求。
管物镜的焦距为８００ｍｍ，由此可以反推分划刻线宽 度：
平行光管保证瞄准精度，而对于装表量测量则需要 具有较大视场的平行光管保证测试范围。为满足上 述要求，采用将平面反射镜安装在电动二维精密转 台上，通过转台的转动带动平面反射镜的转动，改 变红外平行光管输出平行光的角度，从而改变光管 光轴与瞄具光轴的相对角度变化，如图６所示。系 统中对配有轴角编码器的精密二维转台的精密角度 调整，使红外平行光管轴线与瞄具瞄准基线对准， 二维精密转台的调整值经数据处理后输出，即可得 到瞄具在试验前后瞄准基线的变化量，从而实现了 扩展测试范围及自动读数的功能。
ａ＝—０万９×），＝０．９ｍａｒｄ－－１８５．５７”
（１）
＆ｒ视场，取６０＝１００；
广尼奎斯特常数，取），＝２；
Ⅳ二瞄准镜像元，Ｎ＝３８４。
２．１焦距的确定
将反射式平行光管等效于透射式平行光管，其 光路如图２所示。瞄具物镜焦ｇ巨ｆ＇＝７５ｍｍ；ｙ为分 划板直径，取ｙ＝３０ｍｍ；Ｊ，，为分划板在瞄具像面所 成的像高，由尼奎斯特定律可知，为满足瞄具系统 空间分辨率要求取２个像元，即分划板在焦平面上 的最小像高应满足２ｘ３５／Ｊｍ，最大像高取红外焦平 面阵列ＣＣＤ的最大尺寸３８８ｘ３５ｐｒｏ，则系统焦距为 ｆ为：
２．４分划板的设计
为了同时适用于双线夹一线与单线复合的对准
万方数据
第４期
李光，等：用于红外瞄具测试的红外平行光管系统设计
７３
情况，选用如图４所示的分划板图案。此分划板图 案适应性强，便于提高对准精度；其基体材料为金 属，采用激光加工技术，加工后刻线平滑无毛刺。
图４分划板图案 Ｆｉｇ．４ Ｒｅｔｉｃｌｅ’Ｓ ｓｔｙｌｅ 已知多数红外瞄具的空间频率为０．９ｍａｒｄ，光
１２０ｍｍ；
砰面反射镜厚度，一般赤（亩”亩）２尺－，
设计为１５ｍｍ。
考虑到平面反射镜在方位角４５０、俯仰角０啦置
是工作时的基准位置，同时考虑能够反射尽可能多的 红外辐射通量，就要尽可能减小开口比，所以可以将
反射镜的通光孔加工成椭圆形。由于测试要求土３。的
范围，椭圆孑Ｌ适当增大些，此时可以按照反射镜旋转 ５０方位角计算，如图３所示，当分划尺寸Ｒ，＝１５ｍｍ
［４］田海雷．汪岳峰．张伟．扰动环境中红外平行光管光路的 优化设计［Ｊ］．激光与红外，２００７．３７（１１）：１２０ｌ－１３０３．
万方数据
用于红外瞄具测试的红外平行光管系统设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
李光， 王劲松， 安志勇， LI Guang， WANG Jinsong， AN Zhiyong 长春理工大学,光电工程学院,长春,130022
４应用举例
红外瞄具瞄准基线变化量测量需要高分辨率的
５结论
在牛顿反射式平行光管的基础上，对平行光管 的测试范围进行了扩展。设计的反射式平行光管的 焦距为８００ｒａｍ，出瞳直径为１２０ｍｍ，平面反射镜 中部椭圆开口尺寸为长半轴３６ｍｍ，短半轴为 ２３ｒａｍ。由温度为１０℃时ＭＴＦ曲线可知，１０１ｐ／ｍｍ 时，ＭＴＦ大于２０％，符合目视瞄具的使用要求。应 用此光学系统可实现轻武器红外瞄具瞄准基线变化 量及装表量测量，随着红外光学技术的发展，未来 还可以进一步应用于航空、测绘、侦察等拥有红外 功能光学仪器的检测领域。
厂＝—与７ｒ乞＝１６５．６８～３２１４２．８６ｍｍ （２）
Ｊ，
．广分划板直径；
ｙＬ分划板成在焦平面上的像高；
由式（２）可知，系统焦距应在１６５．６８ｍｍ一
３２ １４２．８６ｍｍ之间，综合考虑各因素，取系统焦距
ｆ＝８００ｍｍ。
分划板
２．２主镜的选择
主镜采用抛物面反射镜，抛物面反射镜将通过 红外分划入射来的光线反射出去，形成平行光输
收稿日期：２０１０—０８－０８ 作者简介：李光（１９８７－）．女。硕ｔ研究生，主要从事光电检测技术的研究。
万方数据
７２
长春理工大学学报（自然科学版）
２０１０钽
Ｆｉｇ．１
圈１ 红外平行光管原理图 Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ
２光管参数计算
设红外瞄准镜像元３８４ｘ２８０，像元大小３５ｐｍ， 视场１００×７．５０，物镜焦距厂０＝７５ｒａｍ，则瞄具的空间 分辨率ａ为：
（有效尺寸为３０ｍｍｘ３０ｍｍ）时，得尼＝２２．６ｍｍ，取
２３ｍｍ，则触气蠹爷７１．５６ｍｍ，取整数７２ｒａｍ。即
椭圆长轴７２ｒａｍ，短轴４６ｍｍ。
＆正
雾
Ｆｉｇ．２
图２等效焦距光路示意图 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｆｏｃａｌ ｌｉｇｈｔ ｗａｙ
Ｆｉｇ．３
图３平面镜开口大小分析 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｌａｎｅ ｍｉｎｏｒｓ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｓｉｚｅ
ｗｏｒｋｉｎｇ ｂａｎｄ，ｌａｒｇｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒａｎｇｅ，ｅａｓｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｅａｓｙ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ＳＯ ｏｎ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｒｅｑｕｉｖｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｅｌｉｎｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｍｅａｓｕｎｉｎｇ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｗｅａｐｏｎｓ ｓｉｇｈｔｓ ａｉｍｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｄ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｔｕｒｎｔａｂｌｅ ｄｒｉｖｅ ｔｈｅ ｆｌａｔ ｍｉｒｒｏｒ ｏｆｃｅｎｔｒａｌ ｏｐｅｎｉｎｇ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆｅｘｔｅｎｄｅｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｒａｎｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆａｕｔｏ－ ｍａｔｉｃ ｒｅａｄｉｎｇ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｑｕａｉｌｔｙ ｏｆｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ＭＴＦ ｃｕｒｖｅ ｉｓ ｇｊＶｅｎ。 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｉｇｈｔｓ；ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ｐｌａｔｅ；ｍｉｒｒｏｒ
●
苦７ １‘
Ｅ
ｂ
１
盆
ｌ：
‘
Ⅳ双矿‘瞎．甜一
、＼， 警≮—、≮
ａ．１ｌｌ’
ｓｍＡ Ｒ《ⅢＥＫ ｒ】ｊ’｛麓￡５目Ｈｎ上ｍＥｗ ＰＵＬＴＵ冒岬Ｔ】Ｌ Ｕｕ’·＿＇ＬＩ Ｌｔｌａｌ＾ＴＰ
”１‘
撩：ｌ｝气警………。
ｌ黜揣昙茹’．翟：
图５温度为１０℃时的ＭＴＦ曲线 Ｆｉｇ．５ ＭＴＦ ＣＨＩＶｅ ｕｎｄｅｒ １０℃
参考文献
［１］马洁，曾宇．基于１．０６／Ｉ．５４ ｕｍ激光的离轴折反式平行 光管物镜设计［Ｊ］．红外技术．２０１０．３２（２）：引一８３．
［２］关英姿，康立新，高伟志．折射式红外平行光管设计［Ｊ】． 红外与激光工程，２００８，３７（增刊）：５８６－５８８．
［３］惠彬，李景镇。裴云天．等．大口径折反射式光学系统的 光机结合分析［Ｊ］．光子学报，２００６，３５（７）：ｌｌｌ７一１１２０．
出，实现光线准直的功能。抛物面反射镜焦距厂－８００ ｍｉｌｌ，出瞳直径设计为Ｄ＝１２０ｍｍ，则抛物面的曲线
方程为少＝３２００ｘ，顶点曲率半径ｐ＝驴１６００，边缘
厚度取１５ｍｍ。主镜的Ｆ数由式（３）知大于５，满
足要求。
ＦＪ ＝上Ｄ＝塑１２０＝６．ｕ… ６７
（、３Ｊ， ）
２．３平面反射镜通光孔径的计算
在光学系统中，对平面反射镜中部开孔，开口
ｂ：．１ｘｆ／．１０００：０．３６ｍｍ
（５）
上
分划板采用双线央单线的瞄准方式时，刻线间
隔严（８～１ ０）ｂ＝２．８８—３．６ｒａｍ，故取分划板的刻线
间隔ｃ＝３ｍｍ。
３光管的质量评价
图６平行光管三维效果图 Ｆｉｇ．６ Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ
第３３卷第４期 ２０１０年１２月
长春理工大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉwenku.baidu.comｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．３３ Ｎ０．４ Ｄｅｃ．２０１０
用于红外瞄具测试的红外平行光管系统设计
ｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｂｌａｃｋｂｏｄｙ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ，ｔａｒｇｅｔ．ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｔｕｒｎｔａｂｌｅ。ｐｌａｎ ｍｉｒｒｏｒ ａｎｄ ｐａｒａｂｏｌｏｉｄａｌ ｍｉｒｒｏｒ，ｅｔｃ．Ｔｈｉｓ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｕｔａｙｅｓ ｎｏｃｏｌｏｒ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ，ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ
平行光管的准直物镜采用倒置牛顿反射式结 构，并且在平面反射镜中部开口。光学材料选用 铝，表面镀金膜提高其反射率。
温度为１０％时，系统焦距Ｙｇｆ＝ｓ００ｍｍ，出艟直 径Ｄ＝－１２０ｍｍ，准直系统在温度为１０％时的ＭＴＦ
曲线如图５所示，１０１ｐ／ｍｍ时，ＭＴＦ大于２０％，满 足目视瞄具的使用要求。
．。
－
动中部开口的平面反射镜转动来实现扩展测试范围的目的及自动读数功能。并对该光学系统的成像质量进行了分
析，给出了ＭＴＦ曲线。
关键词：红外瞄具；平行光管；分划板；反射镜
中图分类号：ＴＨ７４３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－９８７０（２０１０）０４－００７１－０３
Ｔｈｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｉｇｈｔｓ Ｔｅｓｔｉｎｇ
１光管结构选型
在牛顿反射式光学系统的基础上，红外平行光 管原理如图ｌ所示。红外平行光管由黑体光源、靶 标、平面反射镜及抛物面反射镜等部分组成。光学 系统在平面反射镜的中部进行开孑Ｌ，使光源发出的 光线经中部光孔入射至抛物面反射镜上，抛物面反 射镜反射的光线经平面反射镜出射。由于牛顿反射 式光学系统视场角较小，可将平面反射镜固定在转 台上．通过转台的转动带动平面反射镜的转动，从 而改变光的出射方向，达到扩展测试范围的目的。
大小可根据图３所示的几何关系求得：
瓢尺Ｒ广 ４－Ｒ３３Ｒ＝盟ｒ－ｈ
（…４７）
尺，一抛物面反射镜半径，设计为６０ｍｍ； 月：—平面反射镜半径，设计为８５ｍｍ； 尺，一分划板半径；
尺广开孔圆半径；
产一抛物面反射镜焦距，ｆ＝８００ｍｍ； ｌＩ，—抛物面反射镜深度，Ｒ。＝６（ｈａｍｌ，ｈ＝１．１２５ｍｍ；
ｊ一分划板到平面反射镜的距离，设计为
长春理工大学学报（自然科学版） JOURNAL OF CHANGCHUN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 2010,33(4)
参考文献(4条)
1.田海雷;汪岳峰;张伟 扰动环境中红外平行光管光路的优化设计[期刊论文]-激光与红外 2007(11) 2.惠彬;李景镇;裴云天 大口径折反射式光学系统的光机结合分析[期刊论文]-光子学报 2006(07)
（长春理工大学光电工程学院，长春１３００２２）
摘要：结合目前红外瞄具检测技术现状，设计了一种同轴反射式红外平行光管系统。红外平行光管系统由黑体光
源、靶标、电动；维精密转台、平面反射镜及抛物面反射镜等部件组成。此平行光管具有无色差、工作波段范围
宽、测量范围大、加工容易、易于调试等特点。并结合轻武器瞄具瞄准基线变化量测量的特点，用二维精密转台带
ＬＩ Ｇｕａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎｓｏｎｇ，ＡＮ Ｚｈｉｙｏｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｉｇｈｔｓ ｔｅｓｔ，ａ ｃｏａｘｉａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｉｓ ｄｅ－
平行光管¨·２１是光电检测、光学系统检校的重 要设备。大口径长焦距平行光管¨１由于口径大、焦 距长，一般采用反射系统，可适用于全波谱段且无 像差。根据系统主反射镜的使用状态可以分为共轴 式反射系统和离轴式反射系统两类，共轴系统具有 结构紧凑、体积小、调试方便、便携等特点，在很 多领域有着广泛的应用。但目前现有的共轴反射式 系统，不能实现扩展测试范围及自动读数等功能。 本文设计了一种可用于红外瞄具¨１测试的共轴反射 式平行光管。该光管具有分辨率较高、自动读数、 测量范围大等特点。可满足红外瞄具零位走动量的 高分辨率、装表量的大范围测量要求。
管物镜的焦距为８００ｍｍ，由此可以反推分划刻线宽 度：
平行光管保证瞄准精度，而对于装表量测量则需要 具有较大视场的平行光管保证测试范围。为满足上 述要求，采用将平面反射镜安装在电动二维精密转 台上，通过转台的转动带动平面反射镜的转动，改 变红外平行光管输出平行光的角度，从而改变光管 光轴与瞄具光轴的相对角度变化，如图６所示。系 统中对配有轴角编码器的精密二维转台的精密角度 调整，使红外平行光管轴线与瞄具瞄准基线对准， 二维精密转台的调整值经数据处理后输出，即可得 到瞄具在试验前后瞄准基线的变化量，从而实现了 扩展测试范围及自动读数的功能。
ａ＝—０万９×），＝０．９ｍａｒｄ－－１８５．５７”
（１）
＆ｒ视场，取６０＝１００；
广尼奎斯特常数，取），＝２；
Ⅳ二瞄准镜像元，Ｎ＝３８４。
２．１焦距的确定
将反射式平行光管等效于透射式平行光管，其 光路如图２所示。瞄具物镜焦ｇ巨ｆ＇＝７５ｍｍ；ｙ为分 划板直径，取ｙ＝３０ｍｍ；Ｊ，，为分划板在瞄具像面所 成的像高，由尼奎斯特定律可知，为满足瞄具系统 空间分辨率要求取２个像元，即分划板在焦平面上 的最小像高应满足２ｘ３５／Ｊｍ，最大像高取红外焦平 面阵列ＣＣＤ的最大尺寸３８８ｘ３５ｐｒｏ，则系统焦距为 ｆ为：
２．４分划板的设计
为了同时适用于双线夹一线与单线复合的对准
万方数据
第４期
李光，等：用于红外瞄具测试的红外平行光管系统设计
７３
情况，选用如图４所示的分划板图案。此分划板图 案适应性强，便于提高对准精度；其基体材料为金 属，采用激光加工技术，加工后刻线平滑无毛刺。
图４分划板图案 Ｆｉｇ．４ Ｒｅｔｉｃｌｅ’Ｓ ｓｔｙｌｅ 已知多数红外瞄具的空间频率为０．９ｍａｒｄ，光
１２０ｍｍ；
砰面反射镜厚度，一般赤（亩”亩）２尺－，
设计为１５ｍｍ。
考虑到平面反射镜在方位角４５０、俯仰角０啦置
是工作时的基准位置，同时考虑能够反射尽可能多的 红外辐射通量，就要尽可能减小开口比，所以可以将
反射镜的通光孔加工成椭圆形。由于测试要求土３。的
范围，椭圆孑Ｌ适当增大些，此时可以按照反射镜旋转 ５０方位角计算，如图３所示，当分划尺寸Ｒ，＝１５ｍｍ
［４］田海雷．汪岳峰．张伟．扰动环境中红外平行光管光路的 优化设计［Ｊ］．激光与红外，２００７．３７（１１）：１２０ｌ－１３０３．
万方数据
用于红外瞄具测试的红外平行光管系统设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
李光， 王劲松， 安志勇， LI Guang， WANG Jinsong， AN Zhiyong 长春理工大学,光电工程学院,长春,130022
４应用举例
红外瞄具瞄准基线变化量测量需要高分辨率的
５结论
在牛顿反射式平行光管的基础上，对平行光管 的测试范围进行了扩展。设计的反射式平行光管的 焦距为８００ｒａｍ，出瞳直径为１２０ｍｍ，平面反射镜 中部椭圆开口尺寸为长半轴３６ｍｍ，短半轴为 ２３ｒａｍ。由温度为１０℃时ＭＴＦ曲线可知，１０１ｐ／ｍｍ 时，ＭＴＦ大于２０％，符合目视瞄具的使用要求。应 用此光学系统可实现轻武器红外瞄具瞄准基线变化 量及装表量测量，随着红外光学技术的发展，未来 还可以进一步应用于航空、测绘、侦察等拥有红外 功能光学仪器的检测领域。
厂＝—与７ｒ乞＝１６５．６８～３２１４２．８６ｍｍ （２）
Ｊ，
．广分划板直径；
ｙＬ分划板成在焦平面上的像高；
由式（２）可知，系统焦距应在１６５．６８ｍｍ一
３２ １４２．８６ｍｍ之间，综合考虑各因素，取系统焦距
ｆ＝８００ｍｍ。
分划板
２．２主镜的选择
主镜采用抛物面反射镜，抛物面反射镜将通过 红外分划入射来的光线反射出去，形成平行光输
收稿日期：２０１０—０８－０８ 作者简介：李光（１９８７－）．女。硕ｔ研究生，主要从事光电检测技术的研究。
万方数据
７２
长春理工大学学报（自然科学版）
２０１０钽
Ｆｉｇ．１
圈１ 红外平行光管原理图 Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ
２光管参数计算
设红外瞄准镜像元３８４ｘ２８０，像元大小３５ｐｍ， 视场１００×７．５０，物镜焦距厂０＝７５ｒａｍ，则瞄具的空间 分辨率ａ为：
（有效尺寸为３０ｍｍｘ３０ｍｍ）时，得尼＝２２．６ｍｍ，取
２３ｍｍ，则触气蠹爷７１．５６ｍｍ，取整数７２ｒａｍ。即
椭圆长轴７２ｒａｍ，短轴４６ｍｍ。
＆正
雾
Ｆｉｇ．２
图２等效焦距光路示意图 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｆｏｃａｌ ｌｉｇｈｔ ｗａｙ
Ｆｉｇ．３
图３平面镜开口大小分析 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｌａｎｅ ｍｉｎｏｒｓ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｓｉｚｅ
ｗｏｒｋｉｎｇ ｂａｎｄ，ｌａｒｇｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒａｎｇｅ，ｅａｓｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｅａｓｙ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ＳＯ ｏｎ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｒｅｑｕｉｖｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｅｌｉｎｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｍｅａｓｕｎｉｎｇ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｗｅａｐｏｎｓ ｓｉｇｈｔｓ ａｉｍｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｄ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｔｕｒｎｔａｂｌｅ ｄｒｉｖｅ ｔｈｅ ｆｌａｔ ｍｉｒｒｏｒ ｏｆｃｅｎｔｒａｌ ｏｐｅｎｉｎｇ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆｅｘｔｅｎｄｅｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｒａｎｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆａｕｔｏ－ ｍａｔｉｃ ｒｅａｄｉｎｇ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｑｕａｉｌｔｙ ｏｆｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ＭＴＦ ｃｕｒｖｅ ｉｓ ｇｊＶｅｎ。 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｉｇｈｔｓ；ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ｐｌａｔｅ；ｍｉｒｒｏｒ
●
苦７ １‘
Ｅ
ｂ
１
盆
ｌ：
‘
Ⅳ双矿‘瞎．甜一
、＼， 警≮—、≮
ａ．１ｌｌ’
ｓｍＡ Ｒ《ⅢＥＫ ｒ】ｊ’｛麓￡５目Ｈｎ上ｍＥｗ ＰＵＬＴＵ冒岬Ｔ】Ｌ Ｕｕ’·＿＇ＬＩ Ｌｔｌａｌ＾ＴＰ
”１‘
撩：ｌ｝气警………。
ｌ黜揣昙茹’．翟：
图５温度为１０℃时的ＭＴＦ曲线 Ｆｉｇ．５ ＭＴＦ ＣＨＩＶｅ ｕｎｄｅｒ １０℃
参考文献
［１］马洁，曾宇．基于１．０６／Ｉ．５４ ｕｍ激光的离轴折反式平行 光管物镜设计［Ｊ］．红外技术．２０１０．３２（２）：引一８３．
［２］关英姿，康立新，高伟志．折射式红外平行光管设计［Ｊ】． 红外与激光工程，２００８，３７（增刊）：５８６－５８８．
［３］惠彬，李景镇。裴云天．等．大口径折反射式光学系统的 光机结合分析［Ｊ］．光子学报，２００６，３５（７）：ｌｌｌ７一１１２０．
出，实现光线准直的功能。抛物面反射镜焦距厂－８００ ｍｉｌｌ，出瞳直径设计为Ｄ＝１２０ｍｍ，则抛物面的曲线
方程为少＝３２００ｘ，顶点曲率半径ｐ＝驴１６００，边缘
厚度取１５ｍｍ。主镜的Ｆ数由式（３）知大于５，满
足要求。
ＦＪ ＝上Ｄ＝塑１２０＝６．ｕ… ６７
（、３Ｊ， ）
２．３平面反射镜通光孔径的计算
在光学系统中，对平面反射镜中部开孔，开口
ｂ：．１ｘｆ／．１０００：０．３６ｍｍ
（５）
上
分划板采用双线央单线的瞄准方式时，刻线间
隔严（８～１ ０）ｂ＝２．８８—３．６ｒａｍ，故取分划板的刻线
间隔ｃ＝３ｍｍ。
３光管的质量评价
图６平行光管三维效果图 Ｆｉｇ．６ Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ
第３３卷第４期 ２０１０年１２月
长春理工大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉwenku.baidu.comｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．３３ Ｎ０．４ Ｄｅｃ．２０１０
用于红外瞄具测试的红外平行光管系统设计
ｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｂｌａｃｋｂｏｄｙ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ，ｔａｒｇｅｔ．ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｔｕｒｎｔａｂｌｅ。ｐｌａｎ ｍｉｒｒｏｒ ａｎｄ ｐａｒａｂｏｌｏｉｄａｌ ｍｉｒｒｏｒ，ｅｔｃ．Ｔｈｉｓ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｕｔａｙｅｓ ｎｏｃｏｌｏｒ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ，ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ
平行光管的准直物镜采用倒置牛顿反射式结 构，并且在平面反射镜中部开口。光学材料选用 铝，表面镀金膜提高其反射率。
温度为１０％时，系统焦距Ｙｇｆ＝ｓ００ｍｍ，出艟直 径Ｄ＝－１２０ｍｍ，准直系统在温度为１０％时的ＭＴＦ
曲线如图５所示，１０１ｐ／ｍｍ时，ＭＴＦ大于２０％，满 足目视瞄具的使用要求。
．。
－
动中部开口的平面反射镜转动来实现扩展测试范围的目的及自动读数功能。并对该光学系统的成像质量进行了分
析，给出了ＭＴＦ曲线。
关键词：红外瞄具；平行光管；分划板；反射镜
中图分类号：ＴＨ７４３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－９８７０（２０１０）０４－００７１－０３
Ｔｈｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｉｇｈｔｓ Ｔｅｓｔｉｎｇ
１光管结构选型
在牛顿反射式光学系统的基础上，红外平行光 管原理如图ｌ所示。红外平行光管由黑体光源、靶 标、平面反射镜及抛物面反射镜等部分组成。光学 系统在平面反射镜的中部进行开孑Ｌ，使光源发出的 光线经中部光孔入射至抛物面反射镜上，抛物面反 射镜反射的光线经平面反射镜出射。由于牛顿反射 式光学系统视场角较小，可将平面反射镜固定在转 台上．通过转台的转动带动平面反射镜的转动，从 而改变光的出射方向，达到扩展测试范围的目的。
大小可根据图３所示的几何关系求得：
瓢尺Ｒ广 ４－Ｒ３３Ｒ＝盟ｒ－ｈ
（…４７）
尺，一抛物面反射镜半径，设计为６０ｍｍ； 月：—平面反射镜半径，设计为８５ｍｍ； 尺，一分划板半径；
尺广开孔圆半径；
产一抛物面反射镜焦距，ｆ＝８００ｍｍ； ｌＩ，—抛物面反射镜深度，Ｒ。＝６（ｈａｍｌ，ｈ＝１．１２５ｍｍ；
ｊ一分划板到平面反射镜的距离，设计为
长春理工大学学报（自然科学版） JOURNAL OF CHANGCHUN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 2010,33(4)
参考文献(4条)
1.田海雷;汪岳峰;张伟 扰动环境中红外平行光管光路的优化设计[期刊论文]-激光与红外 2007(11) 2.惠彬;李景镇;裴云天 大口径折反射式光学系统的光机结合分析[期刊论文]-光子学报 2006(07)