低温红外系统光机结构设计

随着红外技术的发展,大口径望远镜越来越多地使用了红外设备终端。红外设备需要在低温下工作,这就给红外系统的光机结构设计带来了难度。为了解决光学部件需要安装定位精确,又要保证在低温环境下不会因为热应力导致破坏的问题,从理论上介绍了运动学定位的原理,针对光学系统中用到的反射镜、透镜、滤光轮等进行了详细的结构设计,实现了运动学安装定位。通过这些设计可以很好地解决光学件在冷却过程中的精确定位和无应力之间的矛盾,保证光学系统的安全,同时保证光学系统的成像质量。该研究结果对于红外光学系统的结构和热设计有一定的参考价值。     

自适应温度补偿技术及应用

针对军用电子设备普遍存在的温度漂移问题，提出几种切实可行的自适应温度补偿方法，提高电子设备的实用效能、温度环境适应能力、可靠性以及性价比。     

基于光机热集成分析法的红外成像系统热设计

由于红外成像光学的特殊性,温度是影响其成像质量的主要因素之一。针对一款红外成像系统,应用光机热集成分析法,就其在夏季室外工作环境下的成像质量展开综合分析,发现光机元件温度的梯度分布对系统引入无法校正的像差,降低系统成像质量。建立在仿真分析的基础上,本文有针对性地设计一种分布式散热系统,在降低系统整体温度的同时,使得光机元件的温度分布均匀化,提高其成像质量。     

热红外相机光机系统设计

以气象观测应用为目标,提出一种基于非制冷微测辐射计的热红外波段相机光学设计方案,该光学系统焦距60 mm,光谱范围8～14 μm,视场角7°.综合三片分离式结构和双高斯光学结构设计了红外物镜,优化后物镜成像质量达到衍射极限.进行了物镜的无热化结构设计,分析结果表明在-20℃～60℃范围内,物镜成像弥散斑直径接近爱里斑直...     

光机热集成方法的红外系统应用

红外光学系统在军事、航空航天、民用等领域应用越来越广,系统面临的外界环境复杂多变。只用光学分析软件来评估系统性能的传统方法不仅无法综合考虑不同材料间耦合影响,也不能较为准确地描述热物理梯度场,因此对结果的精确性分析略显不足,而光机热集成分析是综合多物理场作用的有效方法,涵盖了光学、机械、热学三个方向对系统性能的影响因素。通过研究Zernike多项式拟合算法,编制了学科间的数据转换程序,实现了分析模块间的数据传输,并在热不敏红外系统的设计过程中采用光机热集成分析方法得到高低温工况下的光学系统传递函数,为指导系统设计改进、提高系统性能提供了有力的理论依据。     

透射式红外光学系统的光机热集成分析

利用有限元软件ANSYS建立了透射式红外光学系统的有限元模型,并对其进行热应力分析。以Zernike多项式为接口工具对变形后光学透镜的面形进行拟合,将得到的Zernike系数、透镜间隔的改变量和材料的折射率变化量代入光学设计软件ZEMAX中,分析变形后系统的光学性能。分析结果表明,温度改变使光学透镜的面形发生严重变化,并且使光学系统的像面产生漂移,导致系统的光学性能下降;光机热集成分析方法在红外光学系统中的应用,可以预测热环境对系统的光学性能的影响,为光机系统设计提供参考。     

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。     

红外望远镜光机优化设计的研究

介绍了军用便携热像仪中红外望远镜的光机设计中采用的优化设计方法，讨论了光学设计中总体评价函数各组成因素和机械结构设计应注意的问题。试验和使用表明设计满足指标要求。3     

便携式红外体温计设计与温度补偿技术研究

红外体温计因安全卫生、测量高效而备受青睐,发展迅速.但目前市场上的红外体温计存在测量误差大、成本高等缺点,应用受到限制.鉴于此,首先分析了影响红外体温计测量精度的各种因素,并给出具体影响程度的计算结果,然后利用STM32F407单片机作为控制核心,通过MLX90615红外传感器、DS18B20集成温度传感器、HC-SR...     

国外温度补偿自调焦红外光学系统研究的述评

本文分析了红外光学系统的热离焦现象，并对这种热离焦对热象仪性能指标的影响和国外实现温度补偿自调焦的三种方法进行了综合评价。     

一种红外镜头的被动式无热补偿设计

探讨了温度变化导致光学系统像面离焦的原理,介绍了目前国内外典型的消热方法,分析了光学系统被动式无热补偿的优势,推导了实现热补偿需要满足的无热化方程组.提出一种光学和机械相结合的无热补偿方法,采取该方案补偿后的光学镜头在环境温度发生变化时像面与传递函数保持相对稳定,即光学系统基本实现无热化,这对红外镜头的无热化设计具有重...     

折衍混合车载红外镜头无热化设计

论述了利用衍射元件实现光学系统无热化的原理,并利用衍射光学元件特殊的消热差和色散特性,设计并研制了折衍混合无热化车载红外镜头,在仅使用一种红外材料的情况下完成了宽温度范围自调焦设计,且衍射面特征尺寸大,易于加工制作.系统工作波段为8～12 μm,视场为36°×27°,焦距为19mm,F/#为1.1.该镜头体积小,重量轻...     

轻小型折衍射混合红外中波摄远物镜无热化设计

由于红外具有能识别伪装、可昼夜工作和被动工作的优势而被广泛地应用于跟踪和搜索系统。而这些系统要求红外光学系统成像清晰、结构紧凑、可适应较大的温度变化。依据光学被动消热差的方法设计了可在较宽温度范围工作、成像质量优良、结构紧凑、体积小的红外中波摄远物镜,其摄远比可达到0.6。系统参数如下：工作波段为3～5?m,焦距150 mm,F数为3,工作温度为－40℃～60℃。设计结果显示,该系统仅采用3片透镜并利用衍射元件消热差完成了无热化的要求,减少了系统的成本及重量,传递函数在17 lp/mm处均在0.8以上,与衍射极限十分接近,满足在宽温度范围内工作成像质量高及系统小型化的要求。     

红外导引头光学系统的抗干扰设计

文章详细地介绍了某红外导引头所采用的折反式光学系统,并对红外光学系统中产生 的干扰进行了深入的分析与讨论。在此基础上,提出了合理的抗干扰措施,通过对红外导引头光学系统进行光机一体化,进一步提高了系统的总体性能。试验结果表明:该系统有着良好的抗干扰性能,满足总体性能指标要求。     

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。     

大孔径、大视场辅助驾驶仪红外镜头无热化设计

论述了无热化设计的种类和光学被动式无热化设计的基本原理。使用光学被动式无热化设计方案,设计了一款工作波段为8～12μm、焦距f′＝16.5 mm、F#＝0.8、视场为36.5°×27.8°的大孔径、大视场辅助驾驶无热化红外镜头。此镜头体积小、重量轻、结构简单,适用于辅助驾驶系统。此红外镜头在-40℃～60℃的工作温度范围内,无需调焦,能自动消除热差影响,始终保证成像清晰。经过寒区（低温）试验,满足无热化设计的需要。     

红外光学系统无热化设计研究

分析了温度对红外光学系统的影响。军用红外光学系统往往工作在温度变化较大的环境中,因此必须采取有效的温度补偿措施以减少离焦。介绍了红外光学系统无热化设计的方法及原理。根据小型红外光学系统的设计参数,提出了光学被动式无热化设计思路。试验结果表明,光学系统在0～60℃范围内可保持良好的成像效果。     

光学-近红外相机CASCAM机械设计

光学-近红外相机CASCAM(Chinese Academy of Science,CAMera)采用光学CCD和近红外列阵HAWAII-1探测器,配备兴隆2.16望远镜可同时进行光学和近红外成像和偏振观测.CASCAM机械系统主要包括光学箱和真空箱以及致冷设计,光学箱是相机光学系统和探测器的载体,同时防止来自光学箱外部的红外热辐射;光学箱外部是真空箱,是整个系统的机械支撑,保证良好的真空密封性能,和真空泵、冷冻机一起构成了相机的致冷系统.     

大相对孔径制冷型红外相机镜头的光学设计

介绍了一种大相对孔径红外成像镜头的设计。该镜头针对制冷型红外探测器,采用二次成像设计,保证100%冷光阑效率。在8～10mm波段,实现相对孔径（F数）为1.5、视场角2w为18.6°的设计,其成像质量优良,传函接近衍射极限,在常规加工装调公差下易于保证应用质量。     

一种长波红外光学消热差系统设计

介绍了长波红外消热差系统的种类,分析了温度对光学元件的影响,并列出光学参量随温度变化的公式.总结了红外消热差系统的设计原理,解出消热差消色差条件方程组并设计了一个工作波段为8~12μm,f=25 mm,F数1.2,配384×288,像元大小25μm非制冷探测器的系统.结果表明,系统结构简单,在-40℃~80℃温度范围内系统调制传递函数,均方根弥散斑直径变化均很小,符合红外消热差系统的条件.