长波红外大相对孔径光学系统设计

介绍了F数为1.25的长波红外光学系统,系统采用非制冷长波红外焦平面阵列探测器.在8～12 μm波段、全视场为10°的条件下,分别设计了四片式折射物镜(Ge/Ge/ZnSe/Ge)和三片式(Ge/Ge/Ge)折衍混合物镜,有效焦距为70mm,F数为1.25.设计结果表明三片式折衍混合物镜的成像质量比四片式折射物镜好,且使用的镜片数更少.     

大视场红外折反光学系统杂散光分析

杂散光分析是保证光学系统成像质量的关键技术之一,根据红外光学系统杂散光的定义,指出大视场红外光学系统的杂光来源,以及杂光对系统的影响,并且建立了消杂光结构。在消杂结构中,为了减少内部辐射,遮光罩内部使用反射式挡光环。采用TracePro软件对系统进行建模、仿真分析,结果表明此红外光学系统的杂散光得到很好的抑制:太阳杂光抑制水平PST可以达到10-5～10-8,内部辐射到达像面杂散光能量量级为10-10 Ｗ,系统可以实现清晰成像。     

红外光学系统杂光PST的研究与测试

介绍了表征光学系统抑制水平的定量指标——点源透过率ＰＳＴ．提出了红外光学系统杂光指标ＰＳＴ的一种测试方法，并在１０．６μｍ波长处，测试了口径为１８０ｍｍ的全反射Ｒｉｔｃｈｅｙ－Ｃｈｒｅｔｉｅｎ红外系统在不同入射角时的点源透过率ＰＳＴ（θ）．     

一种紧凑型折射式红外搜索/跟踪光学系统设计

根据机载红外搜索/跟踪系统对大搜索框架角与小型化的需求,设计了一个三次成像光学系统,其像质优良,MTF达到衍射极限.对光路进行空间三维折叠,使其外形尺寸包络于一个球体内.光学系统的通光口径超过了包络球体外壳直径的52%,且球体直径约等于系统等效焦距.     

一种紧凑型红外光学系统设计

介绍了制冷型红外成像光学系统设计初始结构的选择方法,采用折反射光学系统结构,设计了一种紧凑型红外光学系统,实现总长/焦距比为0.59,在-40～60℃温度范围内,具有良好的消热差作用,成像质量接近衍射限,具有结构紧凑、体积小等优点,可满足红外成像导引头的使用要求。：     

紧凑型反向远距照相红外成像光学系统

反向远距照相光学系统已被广泛用于可见光谱。然而对于红外光学系统,可以使用的反向远距照相光学系统却很少,因为红外探测器必须冷却到低温下才能工作。如果将光学系统的透镜也冷却到低温,那就需要使用非常大的大容量低温箱。     

红外无热化摄远物镜设计

基于战场环境要求的红外光学系统具有高成像质量、超轻小型化和高温度适应性的特点,针对联合变换相关器对坦克目标进行实时探测跟踪的要求,设计了一种结构紧凑、重量轻、成像质量好和环境适应性强的红外无热化摄远型物镜。针对坦克最大作战距离3km,确定了光学系统的技术参数:f=200mm,F=3,2ω=3.056°,波段8~12μm。比较了当前三种无热技术的优缺点,采用光学被动式方法。设计结果满足在-40~70℃范围内,系统的调制传递函数接近衍射极限。该摄远物镜可用于坦克观瞄镜,满足坦克目标跟踪识别的实际应用要求。     

红外光学系统的热效应

讨论了环境温度变化对红外光学系统性能的影响,推导了单透镜、双合透镜以及远焦系统的热效应初级表达式,给出几组用于8—12μm波段的透镜系统的计算数据和曲线,并对其结果进行了分析。     

大相对孔径长波连续变焦红外光学系统设计

提出一种大相对孔径长波连续变焦红外光学系统的设计方法,利用变焦原理和光学设计软件得到系统结构及其参数。该光学系统在变焦过程中相对孔径可变,F数最小可达0.85。系统主要光学参数F/#为0.85～1,变倍比为4.5∶1,工作波长为8～12 μm,采用384×288元非制冷焦平面探测器。具有分辨率高、像质好、能量利用率高、变焦轨迹平滑等特点,满足工程设计要求。     

红外光学系统内部热辐射引起的杂散辐射分析

利用LightTools杂散光分析软件,建立一个空间光学系统光学机械结构模型.计算这个系统内部各机械表面辐射能量到达像面的辐射能量的大小,判断出关键表面;通过比较在四种不同的发射率情况下,像面接收到各个表面杂散辐射量的变化规律,得到有用的分析结果来对这个系统提出了初步的措施抑制,并且可以指导其他类似系统的分析和设计.     

一种紧凑的红外消热差光学系统

介绍了温度变化对红外光学系统的影响.仅用硅和锗两种常用红外材料,设计了三片折射式消热差红外光学系统.设计结果表明,在-40～+60℃温度范围内,具有良好的消热差作用,成像质量接近衍射限,且具有结构简单、体积小、成本低等优点,可应用于军事或空间红外光学系统.     

空间光学系统的红外杂散辐射抑制特性

空间光学系统自身的红外波段杂散辐射,是影响探测元面成像质量的一个重要因素.文章分析了导致探测元面上红外辐射能变化的相关因素.以柱状遮光筒为计算模型,引入了红外杂散辐射传递函数IRTF这一无量纲参数来表征、分析柱状遮光筒的红外杂散辐射抑制特性.采用蒙特卡罗法模拟遮光筒中红外波段杂散辐射传递过程,分析了长径比χ、壁面红外发射率εw、壁面相对黑体辐射参数γw对遮光筒IRTF的影响;讨论了遮光筒抑制能力对入射杂散辐射方向的选择性.     

光学温度补偿红外长波远摄型物镜设计

环境温度变化导致红外光学系统成像质量变差,利用光学材料热特性之间存在的差异,研究了一种光学温度补偿红外长波远摄型物镜设计方法。首先,根据远摄物镜基本结构及远摄比建立含参方程;其次,结合不同材料组合及消热差和消色差方程将前组复杂化,获得初始的光焦度分配。最后,利用ZEMAX光学设计软件进行优化、像差校正,设计实例焦距为100 mm,F数为2.0,远摄比达到0.8,全视场角6°。设计结果在-40℃~60℃范围内,成像质量稳定,焦距变化量小于系统最小焦深,成像质量接近衍射极限。     

红外系统杂散光测量装置

为了定量检测出红外系统的杂散辐射,建立了点光源透射法为理论基础的红外系统杂散光测量装置。采用功率5 W的CO2激光,通过扩束准直系统后,得到均匀的入射辐照度场;通过被测红外系统后,得到随视场角（－10°～－2.5°）与（2.5°～10°）变化的像面辐照度场分布,进而得到杂光指数PST,有效评价出红外成像系统对杂散光的抑制水平。     

空间光学系统的杂散光分析

介绍了空间光学系统的杂散光的来源,以及对红外光学系统成像质量的影响。在简化分析的基础上,讨论了杂散光分析的物理模型。利用已有的光学系统模型讨论了杂散光的计算和分析方法。主要介绍了蒙特卡罗法和光线追迹法在解决问题方面的作用,用具体的系统模型说明了杂散光计算和分析的假设条件、模型建立和计算过程等。对空间光学系统的杂散光有基础的认识。为以后利用软件进行杂散光分析打下基础。     

红外光学系统被动式无热化设计方法

红外光学系统在一定温度条件下会由于温度变化导致系统成像质量变差。利用光学材料热特性之间存在的差异,提出一种光学被动式无热化设计方法,分析了透镜组的消像差方程组并进行求解,讨论了不同透镜材料消热差和消色差的实现过程,利用不同材料合理匹配与合理分配光焦度实现热补偿。针对相同技术指标,设计了两个红外双波段光学系统并对两种系统性能进行比较,结果表明,采用热补偿措施的红外系统在-40～+60℃温度范围内弥散圆尺寸变化不大,焦距变化量小于系统最小焦深,成像质量接近衍射极限,不同温度下系统焦距的变化不影响成像质量和性能。     

长波红外光学系统无热化设计

分析了衍射光学元件在红外光学系统中的消热差特性,设计了工作于8～12 μm,全视场角为6.44°的红外消热差光学系统,设计结果表明,该系统在-10℃～60℃温度范围内成像质量接近衍射极限,适用于像元尺寸为45μm的非制冷焦平面阵列探测器.