中波紅外變焦光學系統

   紅外光學系統相對于可見系統有無可比擬的優勢,變焦系統既可以在大視場時捕獲目標,又可以在小視場時對目標進行詳細觀察。兩檔或多檔變倍的光學系統在視場切換時會出現目標丟失,而連續變倍光學系統可以解決這個問題。隨著軍事需求的增加,紅外變焦距光學系統獲得了巨大發展。 本文總結了國內外紅外變焦系統的發展現狀,研究了變焦系統設計的高斯理論,包括補償方法的研究和正組補償、負組補償的高斯解分析以及兩種補償方法的比較。

   對紅外變焦系統的冷反射進行了分析,包括冷反射產生的原因以及衡量冷反射強度的兩個量:YNI和I/Ibar,并給出了冷反射的校正方法。軍用儀器一般應用于野外,其性能受溫度影響較大,尤其是會產生離焦現象,因此必須進行無熱化設計。

    根據使用要求,采用法國256×256中波制冷探測器,用機械正組補償方法,在專利的基礎上進行編程計算,求得初始結構并設計了二十倍比變焦鏡頭,其F數為4 ,波長范圍3.7~4.8μm ,焦距范圍16.5~330mm ,視場范圍±18.22°~±0.94°,總長350mm。系統在全焦距范圍內,像質良好,MTF在16lp/mm時大于0.5。在優化好系統的像質后,進行了冷反射分析。同時,通過分析幾種無熱化設計的原理,對幾種無熱化設計方法進行了比較,論證了本系統適合采用機電主動式消熱差。通過后固定組的微量移動在-40℃~40℃的范圍內進行了消熱差設計,系統在規定的溫度范圍內,在整個變焦過程中像質良好,像面穩定。最后,給出了凸輪曲線,曲線單調且平滑,凸輪易于加工。