制冷式红外长波折衍混合消热差摄远物镜设计

doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.05.011

兵工学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (5) : 648-653. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.05.011

论文

制冷式红外长波折衍混合消热差摄远物镜设计

张宇，王文生

作者信息 +

Design of Cooled LWIR Refractive/diffractive Athermal Telephoto Objective

ZHANG Yu, WANG Wen-sheng

Author information +

文章历史 +

摘要

针对坦克红外观瞄系统的总体设计要求，为了满足战场环境下红外目标探测的需求，设计了一种制冷式红外长波折衍混合消热差摄远物镜。摄远物镜由物镜组和中继镜组构成，焦距为-200 mm，F数为2.1，全视场角为3.6°. 探测器选用Sofradir公司生产的MARS-VLW型红外长波焦平面阵列，其分辨率为320×256像素，象元尺寸为30 μm×30 μm. 试验结果表明：在截止频率17 cy/mm时，温度-40 ℃~60 ℃范围内，该摄远物镜各视场的调制传递函数（MTF）均大约为0.5，点列图均方根半径均远小于艾利斑半径34.5 μm，并实现了100%冷光阑效率。该红外摄远物镜虽然是针对坦克红外观瞄系统的要求而设计的，但其结构紧凑，在-40 ℃~60 ℃温度范围内，像质优良且稳定，也可用于其他红外观瞄系统。

Abstract

According to the overall design requirement of tank infrared observing-aiming system, a cooled LWIR refractive/diffractive athermal telephoto objective is designed in order to meet the requirements of infrared target detection in battlefield environments. The telephoto objective is composed of objective and relay lens. The focal length is -200 mm, the F number is 2.1, and the full field of view is 3.6°. The detector is the MARS-VLW LWIR focal plane array produced by Sofradir Company. Its resolution is 320× 256 pixels, and the pixel size is 30 μm×30 μm. The image quality of this telephoto objective is excellent. In the temperature range of -40 ℃~60 ℃, MTF of each field of view is about 0.5 at the cutoff frequency of 17 cy/mm, the root mean square radius of spot diagram for each field of view is much smaller than the Airy spot radius (34.5 μm). The cold-shield efficiency is 100%. This infrared telephoto objective can be used for other infrared observing-aiming system.

导出引用

张宇，王文生. 制冷式红外长波折衍混合消热差摄远物镜设计. 兵工学报. 2014, 35(5): 648-653 https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1093.2014.05.011

ZHANG Yu, WANG Wen-sheng. Design of Cooled LWIR Refractive/diffractive Athermal Telephoto Objective. Acta Armamentarii. 2014, 35(5): 648-653 https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1093.2014.05.011

参考文献

［1］金乐天，胡玉禧，杨建峰，等. 共轴球面光学系统的热象差分析[J]. 光子学报，1999，28(7)：647-650.
JIN Le-tian，HU Yu-xi，YANG Jian-feng，et al. Thermal aberration analysis of coaxial spherical optical system[J]. Acta Photonica Sinica，1999，28(7)：647-650.（in Chinese）
[2] 奚晓，岑兆丰，李晓彤. 无热技术在光学系统中的应用[J]. 红外与激光工程，2005，34(4)：388-390.
XI Xiao，CEN Zhao-feng，LI Xiao-tong. Application of athermalization in optical systems[J].Infrared and Laser Engineering，2005，34(4)：388-390. （in Chinese）
[3] 罗金平，王合龙，刘欣，等. 二次成像光学被动无热化设计[J]. 电光与控制，2012，19(4)：85-88.
LUO Jin-ping，WANG He-long，LIU Xin，et al. Passive optical athermalization design in re-imaging optical system[J]. Electronics Optics and Control，2012，19(4)：85-88. （in Chinese）
[4] 王海涛，耿安兵. 一体化红外双波段成像光学系统[J]. 红外与激光工程，2008，37(3)：489-492.
WANG Hai-tao，GENG An-bing. Unified infrared image optical system of dual spectral[J]. Infrared and Laser Engineering，2008，37(3)：489-492. （in Chinese）
[5] 项建胜，潘国庆，张运强. 一种折反二次成像式长波无热化光学系统设计[J]. 红外技术，2012，34(11)：644-647.
XIANG Jian-sheng, PAN Guo-qing, ZHANG Yun-qiang. The design of catadioptric and reimaged LWIR athermalization system[J]. Infrared Technology，2012，34(11)：644-647. （in Chinese）
[6] 刘秀军, 张金旺, 彭垚. 中波红外光学系统无热化设计[J]. 红外技术, 2012, 34(10): 602-607.
LIUXiu-jun, ZHANG Jin-wang, PENG Yao. Athermal design of a MWIR optical system[J]. Infrared Technology, 2012, 34(10): 602-607. (in Chinese)
[7] 崔莉，赵新亮，李同海，等. 无调焦非制冷红外光学系统的无热化设计[J]. 红外技术，2010，32(4)：187-190.
CUI Li，ZHAO Xin-liang，LI Tong-hai，et al. Athermalization of uncooled infrared optical system without focusing mechanism[J]. Infrared Technology，2010，32(4)：187-190. （in Chinese）
[8] 范华春，曹晖，郭金龙，等. 新型火控观瞄系统的设计与实现[J]. 火力与指挥控制，2010，35(11)：177-180.
FAN Hua-chun，CAO Hui，GUO Jin-long，et al. The design and realization of a new sighting system for FCS [J]. .Fire Control & Command Control，2010，35(11)：177-180. （in Chinese）
[9] 尹娜，孟庆超，齐雁龙，等. 中波红外连续变焦光学系统设计[J]. 红外技术，2009，31(12)：694-695.
YIN Na，MENG Qing-chao，QI Yan-long，et al. Middle infrared continuous zoom optical system[J]. Infrared Technology，2009，31(12)： 694-695. （in Chinese）
[10] CohenJ B. First-order analysis of thermal defocus in infrared imaging systems[C]∥SPIE 3110.Isral：Spie-Int Society Optical Engineering Bellingham，1997: 832-837.
[11] 孟庆超，潘国庆，张运强，等. 红外光学系统的无热化设计[J]. 红外与激光工程，2008，37(6)：723-727.
MENG Qing-chao，PAN Guo-qing，ZHANG Yun-qiang，et al. Design of athermalizing infrared optical system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2008, 37(6): 723-727. （in Chinese）

524

Accesses

Citation

Detail

段落导航

摘要
Abstract
关键词
Key words
引用本文
参考文献

收稿日期	修回日期	出版日期
2013-02-04	2013-02-04	2014-05-23
发布日期
2014-06-23

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

摘要

Abstract

关键词

Key words

引用本文

{{custom_sec.title}}

{{custom_sec.title}}

参考文献

{{custom_fnGroup.title_cn}}

脚注

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

摘要

Abstract

关键词

Key words

引用本文

{{custom_sec.title}}

{{custom_sec.title}}

参考文献

{{custom_fnGroup.title_cn}}

脚注