折-衍混合型两档变倍红外光学系统设计

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基于二元光学的双视场红外光学系统设计

（ｅｉａｅＯｔａｓｕｎｏＴ，ｅｉ０１６ＣｉａＢｉｎＨｕｂｉｐｉｌｎｔｍｅｔ．ＤＢｉｎ１０７，ｈｎ）ｊｇｃＩｒＣＬｊｇ
Ａｂｓｒｃ：Ｉｆａｅｗｉｃｚｏｍｐｔｃｌｓｔｍｓｍａｙａａｔｇｓｕｈａｓｍｐｌｓｒｔｒｄｅｓｔａｔｎｒｄｓｔｈ— ｏｒｏｉａｙｓｅｈａｎｄｖｎａｅ，ｓｃｓｉｅｔｕｃｕｅａａｙｎ
式。
种特性，扩展了光学设计过程中的自由度，为设计制
作高性能红外光学系统提供了新的手段；并可以在此
基础上优化光学系统结构、减少系统体积和重量，从而实现小型化、轻量化的设计。
本文将从３岫制冷型红外热像仪镜头出发，～５
引言
光学系统根据其在变焦过程中焦距的变化情况
可分为连续变焦及切换变焦两种方式。连续变焦是通
面，因为锗透镜具有很高的阿贝数，所以具有基诺表面的锗透镜可以获得很好的色差校正。这样通过衍射光学元件与传统光学元件的混合使用组成折混合衍
光学系统，同时利用了光在传播过程中折射和衍射两
过透镜组轴向间隙的连续变化而改变系统的焦距，切换式变焦通过切换系统中的透镜组来改变焦距值。对于连续变焦红外光学系统在设计上，冷光阑匹配及材料选择上都有较大的困难，并且这类系统的轴向尺寸比较长，，所以目前应用较少，而红外两档变倍光学系统相对连续变焦系统具有径向尺寸小、切换时间短、装配简单等特点，是红外热成像应用较多、工程化较好的变倍方

两挡变焦光学系统的齐焦设计

两挡变焦光学系统的齐焦设计杨利华;李景;陶玉;林晶;孟军合【摘要】受光学材料折射率、光学加工以及光学装校等误差因素的影响，宽视场短焦子系统和窄视场长焦子系统组成的两挡变焦光学系统的实际像面均偏离理想像面即发生像面漂移，但漂移量不同，导致两子系统产生不齐焦现象。

为了解决此问题，以某型载荷中波红外两挡变焦光学系统设计为例，分析齐焦设计时定长焦调短焦和定短焦调长焦两种设计方案的优缺点。

比较了定长焦调短焦3种方法，即调变倍组与补偿组、调变倍组和调补偿组的补偿量与长焦焦距变化情况，定短焦调长焦3种方法，即调变倍组与补偿组、调变倍组和调补偿组的补偿量与短焦焦距变化情况，指出定长焦调短焦、单调补偿组的齐焦设计方案为最优方案。

%Switch-zoom optical system is composed of the subsystem with wide field of view and the subsystem with narrow field of view .Due to the errors from many aspects such as the re-fractive index of optical material ,the optical manufacturing and assembling ,the actual image surfaces of both subsystem deviate from their ideal image surfaces ,and the drifts are different , that is ,the two subsystems are not confocal .To solve the problem ,a variety of confocal de-sign schemes ,the selection principle and an optimal scheme w hich fixed long focus and adjus-ted shortfocus ,adjusted the compensating set for a mid-wave infrared (MWIR) switch-zoom optical system were given .【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P386-390)【关键词】两挡变焦;齐焦;短焦;长焦【作者】杨利华;李景;陶玉;林晶;孟军合【作者单位】天津津航技术物理研究所，天津300192;天津津航技术物理研究所，天津300192;天津津航技术物理研究所，天津300192;天津津航技术物理研究所，天津300192;天津津航技术物理研究所，天津300192【正文语种】中文【中图分类】TN202;TH703引言受光学材料折射率、光学加工以及光学装校等误差因素的影响，光学系统实际像面会偏离光学设计理想像面，称这种现象为像面漂移。

轻量化超宽温度折_衍混合红外热像仪光学系统设计

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红外折衍混合摄远光学系统无热化设计

红外折衍混合摄远光学系统无热化设计张婉怡【摘要】为了提高远距离红外目标的探测能力,针对640 pixel×512 pixel红外CCD探测器,分析温度变化对光学系统的影响,设计出一种波长范围为8 μm~12 μm红外摄远物镜.系统采用折衍混合结构形式,焦距为200 mm,相对孔径为1:2.2,视场角为7°,具有体积小,结构紧凑的优点.仅使用硫化锌、硒化锌和锗3种材料以及4片透镜实现了无热化设计.应用Zemax对设计结果进行像质评价,在-40 ℃~+60 ℃工作温度范围内,截止频率为17 lp/mm时各视场调制传递函数值超过0.4,达到衍射极限,像面稳定,80%的能量集中在1个像元内,满足光学系统的设计要求.%In order to improve target detection ability of IR images in long range effectively, an infrared telephoto objective for 8 μm~12 μm wave-band is designed for 640 pixel×512 pixel infrared CCD det ector.Effects of surrounding environmental temperature are analyzed and refractive diffractive hybrid thermal compensation is discussed.Focal length of the system is 200 mm, relative aperture is 1:2.2 and field of view is 7°.Infrared telephoto system with small volume and compact structure is designed in a large range of temperature.The system is composed of four lenses with only three materials of zinc sulfide, zinc selenide and germanium to compensate for the temperature.Image quality of the system is evaluated by ZEMAX optical design software.Results show that modulation transfer function (MTF) for each field of view at cut-off frequency of 17 lp/mm is greater than 0.4 which approaches diffraction limit.Root mean square radius of spot diagram for each field of view is close to Airy diskradius.Telephoto objective has favorable performance at working temperature of-40 ℃~+60 ℃.The system meets the requirements of technical specification.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】7页(P12-18)【关键词】红外摄远物镜;光学设计;折衍混合;无热化;目标探测【作者】张婉怡【作者单位】长春理工大学光电信息学院,吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】TN219近年来红外成像技术已成为目标探测技术发展的方向之一，低成本的非制冷热成像技术也随着红外热成像技术发展起来。

折衍射混合中波红外连续变焦光学系统设计

（ＷｕｈａｎＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃｌａＣｏｌｌｅｒｅ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｂｉｇｚｏｏｍｒａｔｉｏｈｙｂｉｄｒｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ／ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｍｉｄ－ｉｎｆｒａｒｅｄｃｏｎｔｉｎｕａｌｚｏｏｍｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｚｏｏｍｌｅｎｓｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｉｓｚｏｏｍｓｙｓｔｅｍｉｓｒｏｆｍ５０ｔｏ５００ｍｍｗｉｔｈ
随着红外技术的发展，对红外热像仪提出了越来越高的使用要求，需要红外热像仪同时满足对目标进行跟踪、探测和识别三项功能，需要热像仪具有不同的视场。且变倍比越大越好。连续变焦光学系统能够保证红外热像仪的视场变化过程中保持图像的连续性，对搜索和跟踪运动目标是非常有利的，因此相对于定焦或两档变焦光学系统。大变倍比的连续变焦光学系统在军事上具有更多的需求。目前红外连续变焦光学系统一般采用机械补偿式或光学补偿式连续变焦方式＿ｌ川，其中机械补偿方式是一组透镜变倍。一组透镜补偿，其变焦曲线是非线性的。可以设计成较大的变倍比，国内外有部分学者做了研究卜Ｊ。衍射元件具有和折射元件互补的温度特性和色

衍折红外混和光学系统及其测试技术研究

衍/折红外混和光学系统及其测试技术研究本文详细介绍了衍射光学和混合光学的发展状况，系统分析和研究了红外混合光学系统（IHOS）的有关设计理论，特别是较为深入地对IHOS的性能特点及其主要的测试技术进行了研究。

首先针对IHOS中衍射光学元件（DOE）的特点，对各种DOE描述模型进行了归纳和总结，对DOE的矢量衍射模型、标量衍射模型和几何光学模型等模型分析方法的适用范围进行了研究，在比较各种DOE
衍射分析方法的基础上，对DOE的衍射效率进行了详细分析，分别利用各种衍射分析算法对各种情况下DOE的衍射效率进行计算，探讨在宽波段场合DOE在红外混合光学系统中起到的作用和引入DOE对光学系统性能的影响，对各种影响DOE 衍射效率的因素进行全面总结分析；其次论文还对了现代红外光学系统的特点进行了归纳和总结，针对红外混合光学系统的设计及其加工技术，系统地分析讨论了现代红外光学系统的有关设计理论，并结合衍射光学的特点，最终实现了具体的IHOS的设计和加工，同时对IHOS的性能特点进行了分析讨论，着重研究了DOE衍射效率、温度变化及杂散光等因素对系统的影响。

最后本文对IHOS的各种测试技术进行了系统研究，在归纳和总结了现有的相关测试方法的基础上，结合IHOS的性能特点，建立起一套系统的IHOS
测试理论，并设计完成一套红外混合光学测试系统，实现对IHOS的各种性能研究。

其中对MTF、点扩散函数等的测量结果已接近国外同类仪器，而衍射效率、冷光栏效率的测量，目前还没有相关测试仪器出现。

一种红外两档变焦物镜系统的设计

好的像质，调焦变倍方式选用轴向移动物镜调焦变倍组。该系统具有体积小、重量轻、可靠性高、工艺性好、像质优良等诸多优点。关键词：两档变倍；非制冷；红外物镜
视场。为了更好的优化系统，并压缩光学体积尺寸，前后两个固定组常选用正透镜组，而变倍组选取负透镜组，具体光学系统图１示。当红外物镜系统开始变焦时，所变倍组整体向前固定组方向移动并到达预定位置后，系统焦距变短，转变为大视场（短焦）模式；当变倍组向后固定组方向移动并到达预定位置后，系统焦距变长，转变为小视场（焦距）模式【长ｏ，。
膏倍组
０引言
在军用红外观测跟踪系统中，经常使
用红外变焦物镜；由于红外连续变焦系统
设计、加工和装调较为复杂，体积质量也
很笨重。红外双视场变焦系统的大视场模
式能够大范围的搜索目标，特别适合对快速移动的目标进行观察；小视场模式能够把目标看得更清楚更容易识别。因此在红外光学设计中，常用双视场红外系统来满足便携式红外跟踪搜索系统的需求】。
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一
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短焦时，取水平视场２１．。计蜘为０９，算大视场焦距得：

非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统研究的开题报告

非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统研究的开题报告题目：非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统研究一、研究背景和意义红外热成像技术是一种非接触、无损、快速、全天候、全天时的温度检测技术，广泛应用于工业、军事、医学、建筑等领域。

目前红外热成像仪器主要采用制冷红外焦平面阵列（IRFPA）作为探测器，在成像品质、灵敏度等方面有优势。

但是制冷IRFPA仪器价格昂贵，不易推广应用，对于某些对价格敏感的领域，需要采用非制冷红外焦平面阵列作为探测器。

而且随着红外技术的不断发展，非制冷红外焦平面阵列的品质也得到了很大的提升，成像品质和灵敏度不断提高。

为了提高非制冷红外热成像仪的成像品质和灵敏度，本文将研究非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统，通过设计适合于非制冷红外焦平面阵列的光学系统，使得成像品质和灵敏度得到提高。

该研究对于推广非制冷红外热成像技术，提高非制冷红外热成像仪器在市场上的竞争力，具有重要的意义。

二、研究内容和方法本文将研究非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统的设计、制造和测试。

研究内容包括如下几个方面：1.折衍两档变焦光学系统理论分析和优化设计；2.光学元件的制造和组装；3.系统光学仿真和测试；4.非制冷红外热成像仪器的测试和性能评价。

在研究方法方面，将采用光学设计软件进行系统的设计和优化，采用数值仿真软件进行系统光学性能的仿真和分析，同时结合实验室的光学测试设备进行实际测试。

三、研究成果和预期目标本文将设计和制造出一款适合于非制冷红外焦平面阵列的折衍两档变焦光学系统，并进行系统光学仿真和测试。

同时对非制冷红外热成像仪器的性能进行测试和评价。

预期达到的目标有：1.设计和制造出一款成像品质和灵敏度优秀的非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统；2.通过光学仿真和测试，得出系统光学性能指标；3.对非制冷红外热成像仪器进行测试和评价，得出仪器的性能参数；4.提高非制冷红外热成像仪器在市场上的竞争力，推广非制冷红外热成像技术。

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Ａｂｔａｔｎａｅｍａｉｇｓｓｅｓａｅｗｉｅｙａｐｉｄａｒｓｎ．Ａｎｗｉｈ－ｏｍｕｌｆｅｄ－ｆｖｅｓｒｃ：Ｉｆｒｄｉｇｎｙｔｍｒｄｌｐｌｔｐｅｅｔｒｅｄｓｔｚｏｄａ－ｌｏ．ｉｗｃｉｉｆａｅｙｔｍｓｒｅｕｅｒｎｏｅｐｐｌｌｏｅｔｇｗｉｓｒＳｎｅｓｎｏｄｒｔｂａｎｔｅｎｒｒｄｓｓｅａｓｄｍｏｅａｄｍｒｏｕａｙｆｒｍｅｉｔｕｅｅｄ．Ｉｒｅｏｏｔｉｈｒｎｈ
第３７卷第５期
ＶＯ１７ＮＯ５．．３
红外与激光工程
ＩｆａｅｎａｅｎｉｅｒｇｎｒｒｄａｄＬｓｒｇｎｅｉＥｎ
２００８年ｌ０月
Ｏｃ．００ｔ２８
折一混合型两档变倍红外光学系统设计衍
张明意，李保平，中南，清安，盛国万李鄂（北京华北光学仪器有限公司，北京１０７）０１６
摘要：当今红外成像光学系统应用广泛，据需求，来越多地采用双视场切换式红外光学系统。根越为了获得成像质量更好、量化的光学系统，轻引入了衍射光学元件进行光学系统设计，而提高了镜头从
ＺＨＡＮＧｎ —ｉＬａ —ｉｇＷＡＮｈｎ－ａ，ＩＱｎ —ｎＥＳｅｇｇｏＭｉｇｙ，ＩＢｏｐｎ，ＺｏｇｎｎＬｉｇａ，ｈｎ－ｕ
（ｅｉｇＨａｅＯｐｉｌｎｔｍｅｔＣ．ＴＢｅｉｇ０１６ＣｉａＢｉｎｕｂｉｔａｓｕｎｏＬＤ，ｉｎ１０７，ｈｎ）ｊｃＩｒｊ
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的成像质量，少了光学元件的数量，减减轻了系统质量。介绍了含有衍射光学元件的两档变倍光学系统的设计原理，设计了一个含有非球面且结构简单、装调容易的折一混合的两档变倍的红外光学系统，衍分别对长、短焦距位置进行了像差分析，该设计能够很好地满足实际工程的需要。设计结果表明采用衍射光学元件的红外光学系统能够有效地改善光学系统的像质，减小光学系统的体积。关键词：红外光学系统；两档变倍；衍射光学元件
中图分类号：４Ｏ３文献标识码：Ａ文章编号：０７２７（０８０ — ８００１０ — ２６２０）５０５ — ４
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