分离式光学补偿连续变焦中波红外光学系统

采用分离式光学补偿方式对传统连续变焦中波红外光学系统进行改进,将变倍组和补偿组分开独立,使系统同时满足超长焦距(916.2mm)、超大视场(36°)、小型化的需求.变倍过程中变倍补偿曲线平滑、无拐点、像面稳定,光学系统外形包络在335mm×118mm(局部169mm)×100mm(局部Φ168mm)范围内,系统结构紧凑,像质评价结果表明光学系统像质良好。

间断式连续变焦中波红外光学系统

基于机械补偿方式设计了一款间断式连续变焦中波红外光学系统。该光学系统由前固定组、变倍组、补偿组、后固定组、反射镜一、反射镜二、中继组组成。光学系统采用间断式机械补偿方式满足光学系统小视场和超小视场为长焦距和超长焦距定焦、小视场至大视场为连续变焦、光学系统小型化等要求,实现了超小视场和小视场为定焦和小视场至大视场为连续变焦的中波红外光学系统,兼顾了超小视场和小视场观察瞄准以及大视场至小视场连续观察的功能。变焦过程中变倍补偿曲线平滑、无拐点、像面稳定。光学系统外形包络在350mm×116mm(局部168mm)×65mm(局部130mm,含结构部分)范围内,系统紧凑。设计结果表明该光学系统像质良好,满足热像仪使用要求。

三组联动连续变焦中波红外光学系统

采取将变倍组、补偿组、后固定组分开进行联动的方式对传统光学补偿连续变焦中波红外光学系统进行改进,获得了超长焦距、超大视场、大变倍比、小型化的光学系统。推导了其数学模型,基于该模型采用640×512制冷型中波探测器,设计了焦距为11.56~982.6mm、变倍比为85×的连续变焦光学系统,该光学系统的应用波段为3.6~4.9μm,F数为5.5,冷屏效率为100%。设计结果显示,该光学系统的外形尺寸为333.5mm×125mm(局部直径为177.5mm)×80mm(局部直径为180mm),结构紧凑,变焦过程中变倍补偿曲线平滑、像面稳定。从点列图、光学传递函数、畸变等方面对该光学系统的像质进行评价,结果表明,其像质优良,分辨率高,可满足热像仪整机使用要求。

大面阵中波红外连续变焦光学系统设计

针对制冷式大面阵640×512凝视焦平面阵列探测器,设计了一套中波红外连续变焦光学系统。该系统由变焦系统和二次成像系统构成,包括7片透镜和2个反射镜组成的折叠光路。首先,根据变焦原理和专业光学设计软件给出了系统结构及其参数。然后,分析了系统的像质和冷反射效应。最后,验证了系统的性能指标。结果表明:该系统可以实现50～500mm的连续变焦,变焦过程中目标景物始终清晰可见;系统在耐奎斯特频率处的全视场光学传递函数大于0.35,全视场畸变小于2%,无冷反射现象;具有分辨率高、热灵敏度高、像质好、变焦轨迹平滑等特点,基本满足设计要求。

中波红外连续变焦光学系统

针对制冷式320×240凝视焦平面阵列探测器,设计了一个中波红外连续变焦光学系统.该系统由变焦物镜系统和二次成像系统构成,包括7片透镜,引入一个非球面,并采用两个反射镜折叠光路.利用变焦系统原理和光学设计软件给出了系统的光学参数和外形结构图,并对其像质和冷反射进行了系统分析.该系统可以实现50～500 mm的连续变焦,工作波段为3.7～4.8μm,满足100%冷光阑效率.结构紧凑,像质较好,变焦行程短,变焦轨迹平滑.

紧凑中波红外连续变焦光学系统设计

针对制冷型320×240凝视焦平面探测器,设计了一个仅有6片透镜的紧凑中波红外连续变焦系统。该系统由机械补偿变焦物镜系统、二次成像系统和两个反射镜构成,可实现27.5～458mm连续变焦,满足100%冷光阑效率。设计结果表明,该系统具有透过率高、变倍比大、分辨率高、体积小、像质高等优点。

大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计

针对中波制冷型640×512凝视焦平面探测器,设计了一个大变倍比中波红外连续变焦光学系统。该系统采用三次成像技术,其工作波段为3.7~4.8μm,F数为4,变倍比为30：1,可实现23~701mm连续变焦,变焦轨迹平滑,满足100%冷光阑效率。该系统采用硅、锗和硒化锌三种红外材料,通过引入非球面和衍射面来校正系统的轴外像差和高级像差。系统在30 lp/mm处,全焦距范围内调制传递函数（MTF）均在0.15以上,接近衍射极限。设计结果表明,大变倍比中波红外连续变焦光学系统具有变倍比大、分辨率高、结构紧凑、像质好等优点。

折衍射混合中波红外连续变焦光学系统设计

设计了一种基于机械补偿式大变倍比折衍射混合中波红外连续变焦光学系统。光学系统的焦距为50mm到600mm,变倍比为12:1。系统的变焦曲线平滑,图像可一直保持清晰,系统的MTF达到了衍射极限。这种折衍射混合连续变焦光学系统具有好的成像质量、灵巧的变倍机构,因此在高性能红外热像仪中得到广泛应用。

长波红外连续变焦光学系统设计

针对320×240制冷型焦平面阵列探测器,根据机载红外搜索和跟踪系统使用要求,设计了一套高变倍比长波红外连续变焦光学系统。探讨了长波红外连续变焦设计方法,并对变焦系统的无热化和冷反射效应进行了分析。系统由变焦物镜系统、二次成像系统和一个反射镜构成,具有100%冷光阑效率。工作波段为8.7～11.7μm,F#为2.0,变焦范围30～300 mm,工作温度-30～50℃,在空间频率16 lp/mm处,全焦距范围和温度范围内MTF>0.45,接近衍射极限。具有像质好、分辨率高、结构紧凑、质量轻便等优点。

offner型连续变焦中波红外光谱成像系统设计

为了适应不同视场光谱仪的应用需求,设计了一款offner型连续变焦中波红外光谱成像系统。该系统引入前置变焦系统实现60~300 mm范围连续变焦,同时采用光栅型offner同心结构进行光谱分光及成像,系统工作波段为3~5μm,选用制冷型红外探测器,系统F#=4.0。根据物像交换原则及光焦度分配原则对前置变焦系统和中继系统的初始结构进行了计算,并应用zemax软件对各子系统进行优化,使其满足设计参数要求。最终offner型连续变焦中波红外光谱成像系统的调制传递函数在空间频率33 lp/mm处接近衍射极限,点列斑均方根半径均小于一个像元大小,设计的结果显示系统结构简单,在各个焦距位置及各谱段下,像质均满足了设计指标要求,成像质量良好。

紧凑型大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计

针对致冷型中波红外640×512凝视型焦平面探测器,设计了一个30×连续变焦光学系统。介绍了由无后固定组的变焦物镜组和中继透镜组组成的连续变焦系统的设计思路,不仅给出了系统在短焦、中焦、长焦3个位置的像质情况,还分析了反映全焦距范围内像质的离焦量和畸变。实验结果表明:该系统工作波段3.7μm～4.8μm,可以实现18mm～540mm连续变焦,全焦距范围内的离焦量都在焦深以内,长焦段最大畸变接近于0,短焦段最大畸变小于3%。该系统具有大变倍比、结构紧凑、变焦轨迹平滑、变焦行程短等优点,可用于红外光电探测和跟踪系统。

大变倍比长波红外连续变焦光学系统设计

针对长波制冷式384×288焦平面探测器,设计了一款大变倍比长波红外连续变焦距光学系统。整个系统由8片透镜及两个反射镜构成,工作波长范围为7.7～9.3 m,F数为3,满足100%冷光阑效率,变倍比为25:1。采用CODE V光学设计软件进行优化设计,设计结果表明,该系统具有结构简单、变倍比大、体积小、像质好等优点。

8-12μm波段折／衍混合红外连续变焦光学系统

针对长波160×120元非制冷焦平面阵列探测器,设计了8～12μm波段折/衍混合红外连续变焦光学系统。该系统采用机械补偿的变焦方式,变焦过程中相对孔径不变,F数为1.0,系统变焦比为4:1,在一定焦距范围内可实现连续变焦。变焦系统仅采用锗材料,通过引入衍射面和高次非球面校正系统色差和轴外像差,在空间频率14lp/mm处,全焦距范围内MTF均在0.7以上,成像质量较好,可以连续变焦,并给出了变倍组和补偿组的变焦运动曲线。

三组联动长波连续变焦红外光学系统

介绍了一种采用机械补偿三组元联动结构形式设计的紧凑型长波红外连续变焦光学系统。针对阵列规模1024×768,像元尺寸12μm的非制冷长波红外探测器,设计了焦距25~150 mm,F1.4的长波红外连续变焦光学镜头,其光学总长155 mm,结构长度132.7 mm,在-40~+60℃温度范围内采用系统内调焦镜组进行补偿,适用于小型化的吊舱、手持型红外设备以及类似场景下的应用。

中波红外两档变焦光学系统

报道了一种适用于320×240制冷型探测器的中波红外两档变焦光学系统，该系统采用二次成像、前组透镜轴向移动变焦的光学结构。利用变焦原理和光学设计软件分析了系统的像质。设计结果表明，该系统可以实现焦距为180mm／60mm的两档变焦，工作波段为3～5μm，F数为1．96，满足100％冷光阑效率，在空间频率16lp／mm处的光学传递函数值〉0．6。应用结果表明，该系统结构简单，易于装调，像质好。

20×长波红外连续变焦光学系统设计

针对384×288长波量子阱焦平面探测器,设计了一个变倍比为20×的长波连续变焦光学系统,其工作波长范围为8～9 m,F数为3,可实现18.5～367mm的连续变焦。该系统由机械补偿变焦物镜和二次成像系统组成,包括6片透镜和2片反射镜,具有大变倍比、高分辨率、小体积、高像质等优点,并用ZEMAX光学设计软件进行了仿真计算和像质评价,在奈奎斯特频率20 lp/mm处,系统全焦距范围内的MTF接近衍射极限。

新颖变焦双视场长波红外光学系统设计

介绍了一种新颖变焦双视场长波红外光学系统设计实例,适用于制冷型320×256凝视焦平面探测器。通过变倍组在一次像面前后移动实现变焦,同时实现近处景物调焦和温度补偿。该系统仅由5片透镜组成,可实现焦距为183 mm/61 mm两档变焦,工作波段为7.7～9.3μm,F/数为3,满足100%冷光阑效率。具有变焦新颖、结构紧凑、像质高、透过率高、成本低等优点。

机载小型化中波红外连续变焦光学系统设计

为适应机载光电系统对红外热像仪光学系统小型化、轻量化的要求,采用前端无焦扩展倍镜与后端连续变焦光学系统组合的方式,实现了30~660 mm的22倍连续变焦光学系统。该系统的光学总长为244 mm,总长/最大焦距比为0.37,系统具有光学总长小、变倍比大的特点,适用于远距离目标探测的大型机载光电吊舱系统中。将前端无焦扩展倍镜去掉后,后端连续变焦光学系统可以实现15~330 mm的22倍连续变焦光学系统,该系统的光学总长为138 mm,总长/最大焦距比为0.42,可作为独立的连续变焦系统应用于近距离目标探测的中小型机载光电吊舱系统中。设计结果显示,该系统在两种状态下均成像良好,在探测器对应的特征频率331p/mm处,中心视场的MTF值均在0.3附近,接近衍射极限,0.7视场的MTF值均在0.2附近,边缘视场的MTF均在0.15附近,能够满足应用需求。

大口径离轴中波红外连续变焦系统设计

基于制冷型320×240凝视焦平面阵列探测器,采用离轴折反射式结构设计了一种大口径长焦距红外连续变焦光学系统.系统分离轴无光焦度和透射式连续变焦两部分,通过光瞳匹配和冷屏匹配将两部分组合起来进行优化,解决了透射式连续变焦系统因材料限制不能实现大口径、共轴连续变焦系统短焦遮拦比大和离轴三反变焦系统像面移动的缺陷.系统工作波段为3.7~4.8μm,焦距范围250~2 000mm,变倍比为8×,F数为4,满足100%冷光阑效率.在空间频率16lp/mm处系统的MTF值大于0.5,具有像质好,分辨率高等特点,满足设计要求.

光学补偿中波红外变焦光学系统设计

针对320×240凝视焦平面阵列探测器,设计了一个变倍比为12×的中波光学补偿连续变焦光学系统。该系统由7片透镜和两个反射镜构成,可实现26.7 mm/80 mm/160 mm/320 mm四档变焦,工作波段为3.7～4.8μm,满足100%冷光阑效率。设计结果表明,该系统具有结构简单、透过率高、体积小、像质高等优点。