长波双视场扫描型红外光学系统设计

与中波红外成像系统相比,长波红外成像系统在地面目标探测上具有天然的优势.利用光学变焦原理,建立扫描型双视场光学系统的设计模型.基于制冷型288×4元焦平面HgCdTe探测器,设计了一套结构紧凑、变倍比为6倍的双视场机载前视红外光学系统,其工作波段为7.7～10.3 μm,F数为1.67,长焦为154mm,短焦为25.4...     

双视场红外光学系统被动无热化设计

温度变化会导致红外光学系统的成像质量差,为提高机载红外光学系统的环境适应性,保证红外光学系统在机载动态环境中能够稳定成像,提出了一种双视场红外光学系统无热化设计,给出了系统的主要技术指标和要求,说明了系统的原理和实现方法。     

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7.7.7～9.3 μm,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.     

一种高性能双视场长波红外光学系统

设计了一款高性能的紧凑型双视场长波红外光学系统,该光学系统由前固定组、变倍调焦组、后固定组、中继组组成.采用机械补偿变焦方式、光瞳匹配技术、二次成像和二次折叠,有效地对光学系统纵向和横向尺寸进行了约束,外形包络在220 mm×95 mm(局部135 mm)×50 mm(局部110 mm)范围内,系统紧凑,体积小.通过光学和结构材料的优选搭配及光学系统参数优化配置,在-40℃~70℃范围内,控制了光学系统热差,光学系统光轴稳定,小视场光轴稳定性<0.04 mrad,大/小视场转换光轴平行性<0.1 mrad;应用该光学系统的热像仪性能高,MRTD(3 cyc/mrad)=0.07 K,NETD=30 mK.设计结果表明光学系统像质良好,满足热像仪使用要求.     

双像双视场红外光学系统

介绍了一种双像双视场红外光学系统,对其设计方法、分光原理和分光元件进行了深入讨论.由于使用了孔径分光、光楔对双视场图像进行空间分离、二向色性分束镜进行光谱细分,两光路合一,使卡塞格林光学系统的潜力得到了充分发挥,实现了共窗口、共探测器的双像双视场成像光学系统.系统能提供一幅场景的两幅图像,两视场之间无需切换,两视场具有不同的光谱波段.通过电子系统的波段比处理技术,能提高整机系统的抗干扰能力,提高整机系统的探测精度和识别概率.     

宽幅长波红外高光谱扫描成像系统的设计

为了满足宽幅长波红外高光谱成像需求,基于光导型碲镉汞线列探测器和平面闪耀光栅,提出了一种在长波红外8~12.5 μm范围内具有150个连续波段、30°成像视场角、基于地面应用的低成本、轻小型高光谱扫描成像系统的设计方法。该系统由光栅扫描机构和视场扫描机构组成,两机构同步控制以实现精细分光和宽幅成像功能。推导了光栅扫描角度与探测器接收单色光的波长、视场扫描角度与成像视场角间的关系式。在分析扫描系统扫描定位精度的基础上,设计了一套以步进电机为运动核心,采用“摆扫定位+停止成像”工作模式的扫描系统。实验表明,该扫描系统可满足系统视场定位精度及分光精度的要求。获取的硅碳棒在长波红外波段的发射光谱曲线表明该系统的设计合理有效。该扫描系统的设计方法对长波红外高光谱系统的设计具有一定的指导意义。     

手持双视场红外光学系统设计

介绍了一种采用中波640×512元红外焦平面探测器的红外双视场光学系统设计实例,该系统工作波段为3.7～4.8μm,变倍比为3倍,F数为4,采用切换变倍方式实现变倍.该系统具有体积小,重量轻,分辨率高,像质高,工作温度范围宽等优点,能够很好地满足手持热像仪的实际需要.     

像方扫描机制的红外成像制导光学系统设计

提出了一种新型的像方扫描机制的红外成像制导光学系统设计构型。该扫描系统体积小、结构简单,具有大视场搜索和小视场分辨的特点。设计了一个红外光学系统实例,工作波段为3.7~4.8 μm,焦距为80 mm,扫描视场为±15°,瞬时视场为5°。系统全视场MTF在17 lp/mm处均大于0.5,点斑均方根直径小于30 μm,满足光学系统的成像要求。     

红外双视场枪瞄光学系统设计

随着现代战争中伪装技术的日益增强,瞄准镜的性能对武器威力的发挥起到至关重要的作用。结合红外与变倍特性的瞄准镜系统将在观测中发挥重要的作用。本文设计的双视场红外瞄准镜系统工作波段为8～11μm,视场大小变化范围为0.716°/2.886°,实现了4倍的变倍比。同时,由于红外材料对温度变化敏感的特性,对光学系统进行了被动消热差设计,保证了系统在-40℃～60℃工作温度内成像质量稳定。系统采用德国AIM公司的长波非制冷探测器接收红外信号,为了实现可加工性,所有面型皆为球面。通过对透镜形式的合理选择,透镜之间的合理搭配,最终实现光学系统的设计,系统成像质量良好,环境适应性强。     

光学被动消热差的长波红外双视场光学系统设计

依据光学被动消热差理论,利用硫系玻璃的热稳定性、长波红外透过特性等优点,对长波非制冷双视场光学系统进行了无热化研究,设计了一个大相对孔径、3 倍变焦的双视场长波红外光学系统。其具体参数为:F/# 为1,焦距为50/150 mm,总长240 mm,采用640480 的焦平面探测器,像元大小为17 m17 m,工作波段8~12 m,系统使用了三种长波红外材料:Ge、ZnS、IRG201。在-40~60℃下,其长短焦处像质均接近衍射极限。     

长波红外连续变焦光学系统设计

针对制冷型320×256焦平面阵列探测器,设计了一套用于机载光电探测设备的长波连续变焦红外光学系统。光学系统采用锗和硒化锌两种普通红外光学材料,通过引入非球面和衍射面很好地校正了系统的色差和轴外像差,使得系统整个连续变焦过程中16 lp／mm 处 MTF 均大于0．35。系统仅由6片镜子构成,工作波段为7．7～10．3μm,F 数为3,满足100％冷光阑效率,实现了50～400 mm 的连续变焦,变焦曲线光滑。像质评价结果表明该系统成像质量良好,结构紧凑。     

微型长波红外无热化光学系统设计

为了使微小型无人机光电吊舱能够实现红外热成像系统小型化并适应不同的环境条件,基于光学被动无热化方式,通过合理分配不同材料透镜的光焦度并同时引入衍射面,设计了一种工作波段为8～12 m、视场为24.5°×19.7°、F数为1.0的非制冷无热化红外成像光学系统。该系统由四片透镜组成,其总重量仅为35 g。光学系统的总长度为38 mm。结果表明,本文系统具有结构简单紧凑、后截距大、成像良好等特点,在30 1p/mm空间频率处的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)值大于0.3,满足应用需求。     

防辐射长波红外连续变焦光学系统设计

为解决在强辐射环境中使用红外热像仪时由辐射导致其性能退化迅速的技术问题,基于机械正组补偿式连续变焦结构形式,通过在后固定组中引入反射镜来形成折转式光学系统,避免后端探测器直面前方辐射射线。设计了一种工作波段为8～12 μm、F数为1.2、焦距为25～90 mm的非制冷红外连续变焦光学系统。结果表明,该系统结构合理、成像良好,在探测器对应的特征频率42 1p/mm处的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)值大于0.2,满足应用需求。加工装调后,经实际成像测试,验证了设计的准确性。     

紧凑型长波致冷红外变焦距透镜系统

针对国际新型长波致冷324×256红外焦平面探测器,设计一款红外变焦距透镜系统.光学系统整体采用四片光学锗透镜大大节省材料的使用,在变焦过程中系统的相对孔径恒定不变,F数2,焦距在30 ～ 90 mm范围内连续可变,变倍比为3∶1.系统采用二次成像技术,既解决了系统前端口径大的问题也实现了100％冷光阑效率的问题.非球面及衍射面的使用进一步简化系统、减轻重量.利用通用光学设计软件CODE V优化系统,设计结果表明:在空间频率20 lp/mm处,系统各个典型视场的MTF接近衍射极限,成像质量较好.     

小型长波红外光栅光谱仪光学设计

光学系统是光谱仪微小型化的关键,光学设计的质量将直接影响微小型光谱仪的性能.针对长波红外光谱探测的具体应用,对比国内外各种方案,分析其优劣后提出一种基于交叉非对称切尔尼-特纳(Czerny-Turner)结构的小型光栅光谱仪.首先根据光谱仪基本原理和光学设计理论,分析系统的光谱分辨率、像差以及探测灵敏度.然后以小型化、低成本、要求的光谱范围和分辨率为具体设计目标,对系统进行优化设计.最后在光学软件Zemax中进行模拟和优化.设计结果表明:该系统的光谱范围为8～14μm,光谱分辨率优于80nm,光学系统尺寸约为100mm×75mn×45mm,满足小型化要求.同时采用扫描光栅配合单通道探测器的方式降低成本.     

大视场红外扫描成像光学系统设计

对地红外扫描成像系统在获取地面目标图像方面具有快速、高效等诸多优点.基于旋转扫描成像方式提出了一种孔径光阑二次成像的光学系统方案,并给出了一个工作谱段8~10μm、焦距520 mm,成像视场为1.4°×72°的光学系统设计实例,分析结果表明成像质量良好,具有良好的实用性和应用前景.     

红外双波段/双视场望远系统设计

红外双波段/双视场光学系统能提升红外系统的探测能力,为了满足探测要求,提出了双波段/双视场红外望远光学系统的设计方法,设计了一种双波段/双视场红外望远光学系统,采用切换式视场变换方式,使用了锗、硒化锌和氟化钡3种光学材料。仿真结果表明,该系统结构简单,像质良好,在16 lp/mm处的MTF值大于0.5。     

一种红外多光谱成像光学系统设计

介绍了一种中波段的多光谱成像光学系统,由于窄带滤光片对光线入射角度有严格要求,故在光学系统中窄带滤光片的放置位置尤为重要.光学系统由三部分构成,分别为光束压缩单元、分光单元和成像单元,光线经过光束压缩单元口径压缩,但各个视场仍然保持平行光状态,入射到窄带滤光片上的角度均小于7°,满足窄带滤光片的最小入射角要求,最后经过成像单元成像在制冷型中波探测器上.通过细分光谱可以很好的提高目标识别能力.     

中长波红外偏振成像对比试验研究

基于高灵敏度的中波和长波制冷焦平面探测器, 搭建了红外偏振成像系统, 针对特定场景中的典型目标, 开展了红外偏振试验,获得了有效的试验数据, 并对图像进行了定性分析和定量评价。对比研究表明: 长波红外偏振成像易受水汽干扰, 但图像的平均灰度和平均梯度指标高; 中波红外偏振成像抗云干扰和观测人工防伪网能力强, 图像标准方差比较高。根据中长波红外偏振成像的特性, 在实际应用中可以按需要进行波段选择。