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第卷第期红外与激光工程年月
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长波红外连续变焦光学系统设计
杨乐,孙强,王健,郭帮辉,刘英,李淳
.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春;
.中国科学院研究生院,北京
摘要:针对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%冷光
阑效率。工作波段为.~., 为.,变焦范围~,工作温度一—℃,在空间频率
/ 处,全焦距范围和温度范围内.,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。
关键词:连续变焦; 红外光学系统; 无热化; 冷反射效应
中图分类号:; 文献标志码: 文章编号:—
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收稿日期:——; 修订日期:——
基金项目:国家自然科学基金
作者简介:杨乐,男,博士生,主要从事红外光学设计和信号处理方面的研究工作。: .
导师简介:孙,男,研究员,博士生导师,博士,主要从事红外光电仪器方面的研究工作。:..
红外与激光工程第卷
表光学设计参数
引言.
近年来,在导航、搜索、跟踪、警戒、侦查等领域
/ .一.
广泛使用的红外成像系统越来越多地采用连续变焦
系统,其大视场用于大范围内搜索目标,提高捕获概
率,并在发现目标时,调整到小视场,对目标进行识/
别、跟踪。该系统在视场转换过程中能够保持图像的,
连续性,克服了两档或多档镜头切换过程中出现短..
/。
时目标模糊的缺陷,对搜索和跟踪高速运动目标非..

常有利。红外连续变焦系统要满足多视场、宽波段
/·一
范围的轴向色差和球差校正,造成系统的复杂化。
≥%
设计的焦距为红外连续变焦镜
/ 一一
头采用了片透镜,不但增加了系统尺寸和重量,
造成结构复杂,系统透过率低,而且提高了对加工和功能在前组中实现。利用二次成像使主光线在前组
装调精度的要求瞳。.,等设计的焦距为的入射高降低,在减小系统口径的同时,有利于场
镜头则使用衍射元件消色差,不但增加了加曲、像散和轴外色差的校正。
工难度,降低了光能利用效率,而且在实际使用中, 为实现倍连续平滑变焦,变焦前组采用正组
主衍射级次的衍射效率下降,以及其他衍射级次的补偿的四组元变焦形式,由一个前固定组,一个变焦
出射光成为杂散光,都将降低系统对比度和信噪比, 组、一个补偿组和一个后固定组组成,各组份光焦度
导致系统成像质量下降。刘峰】、许照东等设计的依次为一。系统像面的稳定依赖于各个运动组份
系统也存在体积大、变焦行程长等问题,且未考虑环共轭距改变量的总和为零来实现,由此建立变焦核
境温度对系统性能的影响。的运动轨迹方程为:

文中设计了一款制冷型长波红外倍连续变一
焦光学系统,通过良好的变焦轨迹设计,使系统在保式中:∞、△分别为变焦组和补