一种新型复合变焦光学系统

基于复合变焦光学系统原理,提出了一种新型复合变焦光学系统结构。该结构将连续变焦与两档变焦结合,可以增大变焦光学系统的焦距变化范围,实现更大的搜索范围和更远的跟踪距离。建立了新型复合变焦系统光学设计的数学模型。在该模型的指导下,针对像元数为320×240,像元尺寸为30μm×30μm的长波红外非制冷焦平面探测器,设计了一款新型复合变焦光学系统。该系统工作波段为8~12μm,焦距变化范围为10~360mm,在10~60mm时,F数为2,在60~360mm时,F数为4。对光学系统凸轮曲线和性能进行了分析。结果表明,该系统具有变倍比大、结构简单、像质好和变焦轨迹平滑等优点,验证了该数学模型的有效性。

高变倍比大相对口径长波红外变焦系统设计

针对传统红外连续变焦系统难以同时满足高变倍比和大相对口径的使用要求,通过采用复合变焦光学系统结构,增加传统红外连续变焦光学系统的变焦距范围和相对口径。基于长波红外320×240像元、25μm×25μm非制冷焦平面探测器,设计了一款高变倍比大相对口径长波红外变焦光学系统,光学系统由一个连续变焦部分与两档变焦部分组成,通过引入衍射光学元件校正长焦端色差,工作波段为8μm～12μm,焦距变化范围为-9mm～-272.25mm,F数为1.4。该系统具有成像质量好、变倍比高、相对口径大、导程小和凸轮曲线平滑等优点。

高变倍比小型化的中波红外光学系统设计

针对制冷型中波红外640×512焦平面阵列探测器,设计了一个30×连续变焦光学系统,提出从前固定组中分离出1片透镜作为两档移动组,并与变倍组、补偿组及后固定组组合成复合连续变焦系统的设计方案。针对该模型,基于衍射光学理论设计了工作波段为3.7~4.8μm,F数为4,可以实现12~360mm连续变焦,光学总长仅有160mm的制冷型中波红外连续变焦光学系统。给出了系统在6个焦距位置的像质情况,并对凸轮曲线进行优化设计。该系统具有高变倍比、结构小型化、像质优良、凸轮曲线平滑等优点,可以满足红外热成像仪的要求。