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红外光学系统被动式无热化设计方法 被引量:17
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作者 申碧云 高明 《电光与控制》 北大核心 2012年第6期70-73,78,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 红外光学系统 光学被动式 无热化设计 温度效应
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大视场长波红外光学系统混合无热化设计
2
作者 刘鑫 王晶锦 +3 位作者 刘庆梅 姜子康 徐兆鹏 李晓英 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第2期110-118,共9页
为提高红外系统的环境适应能力,确保光学系统在-40~65℃范围内拥有较好的像质。通过将光学系统被动无热化与机械被动无热化技术各自优点结合,提出一种低成本、高质量的混合被动无热化方法,设计出一款工作波段为8~12μm、F/1焦距为45 mm... 为提高红外系统的环境适应能力,确保光学系统在-40~65℃范围内拥有较好的像质。通过将光学系统被动无热化与机械被动无热化技术各自优点结合,提出一种低成本、高质量的混合被动无热化方法,设计出一款工作波段为8~12μm、F/1焦距为45 mm,工作温度在-40~65℃的大视场长波红外光学系统。最终实现在空间频率42 lp/mm处,全视场MTF大于0.3。通过对该系统进行公差分析可知,其范围满足实际加工要求。相较于单一的无热化方式,光学系统被动无热化和机械被动无热化方法相互结合的方法可以保证像质相当情况下,降低系统的设计难度和加工难度,有助于系统小型化、轻量化。因此,混合被动无热化设计可以有效降低普通无热化镜头的设计难度、加工成本和体积。 展开更多
关键词 光学设计 大视场 长波红外 光学被动无热化 机械被动无热化 混合被动无热化
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宽光谱大靶面机载光学系统无热化设计
3
作者 邹雨婷 龙永涛 +1 位作者 王谋新 马冬林 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第3期248-257,共10页
机载光学系统机动性强,可代替地面人员在各种恶劣环境下进行观测任务,在多个领域发挥日益重要的作用。传统的无人机通常搭载可见光或红外光的单波段成像系统,抗干扰能力差,且无法适应恶劣温度环境。此外,这些光学系统通常适配较小的探... 机载光学系统机动性强,可代替地面人员在各种恶劣环境下进行观测任务,在多个领域发挥日益重要的作用。传统的无人机通常搭载可见光或红外光的单波段成像系统,抗干扰能力差,且无法适应恶劣温度环境。此外,这些光学系统通常适配较小的探测器靶面,无法在大视场范围内保持较高的图像分辨率,不宜作为远距离机载探测系统。笔者团队根据光学系统消色差以及无热化设计原理,采用了折射式宽光谱共焦设计方法,研制了一款宽光谱大靶面无热化机载光学系统。该系统工作波段为0.4~1.7μm,焦距为120 mm,F数为2,适配20.48 mm×20.48 mm的探测器靶面,并能在-40~60℃的温度范围内保持良好的成像质量。根据光机设计结果,制作了相应的样机,并采用Tropics公司的光学传递函数测量仪对样机性能进行测试。测试结果表明:可见光波段、近红外波段以及短波红外波段在奈奎斯特频率50 lp/mm处的光学传递函数值均大于0.4,各波段的最大畸变均小于0.61%,成像质量良好。该系统覆盖靶面大,探测效率高,且制造加工与装配条件宽松,满足宽光谱探测系统的使用需求。 展开更多
关键词 光学设计 宽光谱 无热化设计 大靶面
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超大视场反远距红外光学系统设计
4
作者 刘洋 孙绪绪 柳翀 《激光与红外》 北大核心 2025年第7期1114-1120,共7页
为满足某机载设备超大视场红外成像需求,设计了工作波段3μm~5μm,97°×97°超广角、低畸变大相对孔径红外光学系统。采用二次成像结构形式减小后组透镜直径,在光学被动式无热化设计基础上利用结构件材料线膨胀系数补偿剩... 为满足某机载设备超大视场红外成像需求,设计了工作波段3μm~5μm,97°×97°超广角、低畸变大相对孔径红外光学系统。采用二次成像结构形式减小后组透镜直径,在光学被动式无热化设计基础上利用结构件材料线膨胀系数补偿剩余热差,实现了全温度范围的无热化设计,采用“非相似”成像技术校正畸变。设计结果表明,系统在典型空间频率33 lp/mm处,全视场调制传递函数(MTF)值均优于0.4,接近衍射极限,成像质量良好,最大畸变量小于0.6%,满足设计指标要求。 展开更多
关键词 光学设计 超广角镜头 红外光学系统 无热化设计
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长波红外光学系统混合被动无热化设计 被引量:6
5
作者 周晓斌 张衡 +4 位作者 文江华 吴妍 刘召庆 张向明 金明鑫 《红外技术》 CSCD 北大核心 2021年第9期836-839,共4页
结合光学被动无热化和机械被动无热化各自优势,提出一种低成本、高质量混合被动无热化方法。针对焦距75 mm,F/1的无热化镜头研制要求,分别利用光学被动无热化和混合被动无热化设计实现。对比发现,相较于传统的机械被动式无热化,混合无... 结合光学被动无热化和机械被动无热化各自优势,提出一种低成本、高质量混合被动无热化方法。针对焦距75 mm,F/1的无热化镜头研制要求,分别利用光学被动无热化和混合被动无热化设计实现。对比发现,相较于传统的机械被动式无热化,混合无热化可减小补偿结构的体积和复杂性,从而有助于系统的小型化、轻量化;相较于光学被动无热化,在保证成像质量相当的情况下,可减小系统的体积和加工难度。从而证实,利用混合被动无热化技术可实现低成本、高质量的长波无热化镜头设计。 展开更多
关键词 光学设计 长波红外 光学被动无热化 机械被动无热化 混合被动无热化
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中波红外光学系统被动无热化设计及测试 被引量:10
6
作者 李华 韩维强 沈忙作 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期687-691,共5页
温度变化对红外光学系统的成像质量有很大影响。根据中波红外光学系统工作环境要求,分析了导致光学系统成像质量下降的主要因素,推导出同时消热差和消色差的材料组合公式,采用结构件为铝,光学材料为AMTIR-1和Ge组合消热差,设计了光学被... 温度变化对红外光学系统的成像质量有很大影响。根据中波红外光学系统工作环境要求,分析了导致光学系统成像质量下降的主要因素,推导出同时消热差和消色差的材料组合公式,采用结构件为铝,光学材料为AMTIR-1和Ge组合消热差,设计了光学被动无热化中波红外光学系统,在-40~60℃温度范围内系统成像质量达到衍射极限,离焦量在一倍焦深以内。为实际考核集成了探测器后中波红外系统的无热效果,建立了无热化光学系统测试平台,对高温箱内的中波红外系统进行测试,采集探测器输出的数字图像,在3×3像素窗口内计算单像素的能量集中度,60℃时的单像素能量集中度下降到20℃的89.3%,测试结果表明:系统具有很好的成像质量和无热效果。 展开更多
关键词 中波红外 光学设计 无热化设计 热测试
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二次成像光学被动无热化设计 被引量:16
7
作者 罗金平 王合龙 +1 位作者 刘欣 潘枝峰 《电光与控制》 北大核心 2012年第4期85-88,共4页
介绍光学被动无热化设计的原理,对二次成像系统进行热离焦分析,提出一种使物镜组和中继镜组无热化,从而实现二次成像系统无热化设计的方法。研究由三种材料4片透镜构成的镜组无热化的图解法并给出详细设计步骤。采用Ge、ZnS和CdTe三种... 介绍光学被动无热化设计的原理,对二次成像系统进行热离焦分析,提出一种使物镜组和中继镜组无热化,从而实现二次成像系统无热化设计的方法。研究由三种材料4片透镜构成的镜组无热化的图解法并给出详细设计步骤。采用Ge、ZnS和CdTe三种常用的红外材料,设计一个长波二次成像光学系统。设计结果表明该系统在-60~70℃的温度范围内,具有良好的消热差、消色差性能。 展开更多
关键词 红外光学设计 光学被动无热化 二次成像
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光学被动式和机电式组合消热差方法的研究 被引量:10
8
作者 王学新 焦明印 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期354-359,共6页
为了解决机电式消热差中光学系统热差太大,透镜的移动不能补偿温度变化引起的像面漂移问题,提出光学被动式和机电式消热差相结合的无热设计方法。该方法先通过光学被动消热差方法得到合理的消热差透镜组合,使热差控制在较小的范围内;然... 为了解决机电式消热差中光学系统热差太大,透镜的移动不能补偿温度变化引起的像面漂移问题,提出光学被动式和机电式消热差相结合的无热设计方法。该方法先通过光学被动消热差方法得到合理的消热差透镜组合,使热差控制在较小的范围内;然后通过机电消热差的方法消除剩余热差。在(-40~60)℃温度范围内,利用该方法对波长为(7.5~10.5)μm的双视场红外光学系统进行无热化设计,借助传递函数(MTF)对设计结果进行评价,说明该设计在整个温度范围内满足系统像差要求。 展开更多
关键词 无热化设计 光学被动式消热差 机电式消热差
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长波红外大孔径长焦距无热化光学系统设计 被引量:1
9
作者 曹一青 沈志娟 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期114-122,共9页
对于长波红外长焦距光学系统,大孔径能使系统具有更好的成像亮度,但也带来了孔径边缘像差较大且难以校正的问题。利用折反射式结构减少光学系统总长,采用两块反射镜结构作为基础,在其后搭配一组校正折射透镜构成光学系统,并应用光焦度... 对于长波红外长焦距光学系统,大孔径能使系统具有更好的成像亮度,但也带来了孔径边缘像差较大且难以校正的问题。利用折反射式结构减少光学系统总长,采用两块反射镜结构作为基础,在其后搭配一组校正折射透镜构成光学系统,并应用光焦度分配、消热差及消色差条件,设计出大孔径、长焦距的长波红外无热化光学系统。该光学系统工作波段为8~12μm,焦距为800 mm,全视场角为0.6°,F数为2.5,遮拦比为0.2,光学系统总长为344.62 mm;在-40~60℃工作温度范围内,全视场角的调制传递函数值在奈奎斯特频率20 lp/mm处均大于0.25。设计的长波红外大孔径长焦距光学系统由2块反射镜和4块折射透镜组成,系统结构紧凑,成像性能稳定,可为类似此类光学系统设计提供参考。 展开更多
关键词 光学系统设计 长波红外 大孔径 长焦距 无热化
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红外光学系统无热化设计方法的研究 被引量:55
10
作者 王学新 焦明印 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期129-133,共5页
无热化设计是利用不同手段消除环境温度变化对光学系统性能的影响。针对红外光学系统,提出一种光学被动式无热化设计方法。从单个透镜出发,列出透镜组的消热差方程组,通过笛卡尔坐标系描绘出常用红外材料的消热差系数和消色差系数,使用... 无热化设计是利用不同手段消除环境温度变化对光学系统性能的影响。针对红外光学系统,提出一种光学被动式无热化设计方法。从单个透镜出发,列出透镜组的消热差方程组,通过笛卡尔坐标系描绘出常用红外材料的消热差系数和消色差系数,使用图解方法求得红外材料的合理组合,同时得到归一化的组合光焦度分配。最后用实例说明光学被动式无热化设计的求解过程,并通过光学设计软件对结果进行分析,说明该设计结果在-40℃~+60℃温度范围内均满足消热差和像差要求。 展开更多
关键词 无热化设计 光学被动式无热化设计 红外光学系统
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大相对孔径长波红外光学系统无热化设计 被引量:8
11
作者 张续严 姜瑞凯 贾宏光 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1227-1231,共5页
针对目前许多军工仪器红外成像系统的结构简单、体积小、质量轻的无热化设计要求,采用光学被动式方法对8μm~12μm波段、相对孔径为1的红外光学系统进行了无热化设计。具体光学系统参数:F=1,f=60mm,2ω=11.4°。设计结果:在-40℃... 针对目前许多军工仪器红外成像系统的结构简单、体积小、质量轻的无热化设计要求,采用光学被动式方法对8μm~12μm波段、相对孔径为1的红外光学系统进行了无热化设计。具体光学系统参数:F=1,f=60mm,2ω=11.4°。设计结果:在-40℃~60℃工作范围内,该系统的调制传递函数(MTF)接近衍射极限,空间分辨率在20lp/mm处,中心视场传函接近0.7,边缘视场传函大于0.6。其设计结果满足系统的无热化设计要求。 展开更多
关键词 无热化 光学被动式无热化设计 大相对孔径 红外光学系统
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红外二次成像无热化光学系统设计与实测 被引量:4
12
作者 于洋 蹇毅 +2 位作者 潘兆鑫 金亚平 汤心溢 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第12期3180-3184,共5页
阐述了二次成像红外光学系统相比于一次成像红外光学系统而言,对温度变化更加敏感的特点及其影响,讨论了基于光学被动式无热化原理的二次成像红外光学系统的设计方法。不仅给出了设计的一个红外制冷型二次成像光学系统的实例,还对该无... 阐述了二次成像红外光学系统相比于一次成像红外光学系统而言,对温度变化更加敏感的特点及其影响,讨论了基于光学被动式无热化原理的二次成像红外光学系统的设计方法。不仅给出了设计的一个红外制冷型二次成像光学系统的实例,还对该无热化镜头进行了实际加热对比成像试验,并给出了成像测试结果。设计结果表明:该系统在-40℃^+80℃的温度范围内,像质接近衍射限,最佳像面变化量在一倍焦深范围之内,焦距变化率低,实现了光学被动式无热化。实际测试结果显示,所设计的二次成像无热化光学系统,具有良好的无热化能力,高温环境下无需调焦依然清晰成像。 展开更多
关键词 红外 二次成像 光学被动式 无热化设计 实测结果
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可见-近红外无热化连续变焦光学系统设计 被引量:8
13
作者 曲锐 郭惠楠 +1 位作者 曹剑中 杨建峰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期241-247,共7页
变焦系统中,动组间相对位置的变化会导致各镜组的初级像差特性发生变化,环境温度的变化还会导致各焦距位置热差的改变,给无热化连续变焦系统的设计造成较大困难。针对该问题,从光学系统像差模型出发,将变焦系统像差分为定组像差、动组... 变焦系统中,动组间相对位置的变化会导致各镜组的初级像差特性发生变化,环境温度的变化还会导致各焦距位置热差的改变,给无热化连续变焦系统的设计造成较大困难。针对该问题,从光学系统像差模型出发,将变焦系统像差分为定组像差、动组内像差和动组间像差三类,并结合变焦系统的消色差和消热差模型,讨论了无热化连续变焦光学系统的设计原则,及变焦系统设计中各组元的光焦度分配和材料选用方法,给出了一个宽波段连续变焦光学系统设计实例,该系统F数为5、焦距范围为8~120 mm、焦面对角线长6.2 mm、波长范围为0.48~0.68μm和0.7~0.9μm。所述系统仅采用了七种普通光学玻璃材料,透镜总数12组16片,总长仅90 mm,在-40~60℃范围内,变焦全程均具有较好的成像质量和公差特性。 展开更多
关键词 光学设计 连续变焦 宽波段 无热化 光学透雾
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紧凑型双波段无热化红外光学系统设计 被引量:6
14
作者 姜波 吴越豪 +3 位作者 戴世勋 聂秋华 木锐 张勤远 《红外技术》 CSCD 北大核心 2015年第12期999-1004,共6页
针对红外双波段量子阱探测器,设计了一个可同时工作在4.4~5.4mm(中波段红外)和7.8~8.8mm(长波段红外)波段的仅含3片透镜的紧凑型双波段无热化光学系统,有效焦距为30 mm,f/#为2.1。对比先前报道的双波段无热化红外光学系统,此设计仅... 针对红外双波段量子阱探测器,设计了一个可同时工作在4.4~5.4mm(中波段红外)和7.8~8.8mm(长波段红外)波段的仅含3片透镜的紧凑型双波段无热化光学系统,有效焦距为30 mm,f/#为2.1。对比先前报道的双波段无热化红外光学系统,此设计仅采用硫系玻璃材料Ge_(20)Sb_(15)Se_(65)制备的两片镜片和常规红外材料Zn S制备的一片镜片,通过合理分配各个镜片的光焦度达到系统在中波红外及长波红外两个波段的无热化设计效果,且不含衍射面,整体结构紧凑,制备难度低。利用硫系玻璃易于精密模压制备非光学球面的特点,仅在一片硫系玻璃镜片上设计一处非球面。设计结果显示,系统在两个红外波段,-40℃~60℃温度范围内像质良好,且光学调制函数(MTF)接近衍射极限。 展开更多
关键词 光学设计 红外系统 双波段 无热化
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基于制冷型探测器的双波段红外光学系统无热化设计 被引量:10
15
作者 陈建发 潘枝峰 +1 位作者 王合龙 刘莎 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第10期83-86,共4页
针对640×512阵列双波段制冷型探测器,设计了一套双波段红外光学系统,用于机载红外搜索跟踪系统。该光学系统采用锗、硒化锌和硫化锌组合,实现了消色差和消热差设计,通过引入非球面和构型优化,很好地校正了系统的高阶像差,简化了系... 针对640×512阵列双波段制冷型探测器,设计了一套双波段红外光学系统,用于机载红外搜索跟踪系统。该光学系统采用锗、硒化锌和硫化锌组合,实现了消色差和消热差设计,通过引入非球面和构型优化,很好地校正了系统的高阶像差,简化了系统结构。光学系统仅由8个镜片构成,工作波段为3.7~4.8μm和8~9.4μm波段,F数为2,焦距360 mm,视场2.54°×2.03°,满足100%冷光阑效率。像质评价结果表明,光学系统在-55^+70℃温度范围内,双波段成像质量良好。非均匀温度场分析表明,光学系统温度梯度容忍性较好。 展开更多
关键词 光学设计 红外光学 双波段 无热化设计
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空间光学系统无热化设计 被引量:6
16
作者 胡玉禧 相里斌 杨建峰 《量子电子学报》 CAS CSCD 2000年第3期274-278,共5页
在空间光学系统无热化设计时,需要考虑机械结构的热性能对系统热稳定性的贡献.满足系统总光焦度和消热差、消色差要求,解出各光学组元的光焦度.再在保持光焦度不变条件下进行像差平衡.本文以成像光谱仪为例,对反射系统进行了热分... 在空间光学系统无热化设计时,需要考虑机械结构的热性能对系统热稳定性的贡献.满足系统总光焦度和消热差、消色差要求,解出各光学组元的光焦度.再在保持光焦度不变条件下进行像差平衡.本文以成像光谱仪为例,对反射系统进行了热分析,对折射系统介绍了无热化设计的原理和方法,并给出了设计结果. 展开更多
关键词 空间光学系统 光学设计 无热化设计
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高速切换紧凑型双视场无热化红外光学系统设计 被引量:22
17
作者 曲贺盟 张新 《中国光学》 EI CAS 2014年第4期622-630,共9页
采用透射二次成像光学系统结构形式,实现了远射比为1,F数为1.67,变倍比为4.6的红外双视场光学系统设计。采用光学元件切换变倍方式,配合电磁阀切换机构实现了60 ms的变倍速率;采用光学被动补偿方式,通过适当的光学和结构材料匹配,实现了... 采用透射二次成像光学系统结构形式,实现了远射比为1,F数为1.67,变倍比为4.6的红外双视场光学系统设计。采用光学元件切换变倍方式,配合电磁阀切换机构实现了60 ms的变倍速率;采用光学被动补偿方式,通过适当的光学和结构材料匹配,实现了-40^+50℃无热化设计。设计结果表明:光学系统在不同温度下各视场调制传递函数在特征频率为20 lp/mm时接近衍射极限,空间排布紧凑,视场切换速度快,该双视场红外光学系统满足应用需求。 展开更多
关键词 光学设计 红外光学系统 双视场 无热化 电磁驱动
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长波红外景象模拟器投影光学系统无热化设计 被引量:2
18
作者 李全勇 李向天 +1 位作者 康玉思 牟达 《兵工自动化》 2013年第12期33-35,共3页
基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)的红外景象模拟器能够为红外系统性能测试与评估提供先进的手段。根据DMD的工作原理,确定了以分光棱镜来连接照明系统和投影系统的红外景象模拟器总体方案。探讨了红外景象模拟器投... 基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)的红外景象模拟器能够为红外系统性能测试与评估提供先进的手段。根据DMD的工作原理,确定了以分光棱镜来连接照明系统和投影系统的红外景象模拟器总体方案。探讨了红外景象模拟器投影光学系统的像差特性、光学设计和无热化的设计方法,设计了一套工作在长波红外8~12μm,F#为2.8,视场角为3°的投影光学系统,并对该系统在40~60℃之间进行光学被动式无热化设计。结果表明:该系统在所要求的温度范围内,光学传递函数均接近衍射极限,成像质量满足系统的设计要求,并具有辐射能量损失小、分辨率高、结构紧凑等特点。 展开更多
关键词 红外景象模拟器 投影光学系统 长波红外 光学设计 无热化
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红外系统无热化检测仪的光学系统设计 被引量:2
19
作者 左保军 于芳苏 范哲源 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期44-46,共3页
为了检验红外导引头光学系统无热化设计的效果,采用光学检测的方法对被测系统在一定的温度范围内焦点位置的偏移进行评估.详细介绍了长波红外无热化检测仪的原理,对检测仪光学系统中的各个组成部分,包括高低温箱窗口玻璃、平行光管和红... 为了检验红外导引头光学系统无热化设计的效果,采用光学检测的方法对被测系统在一定的温度范围内焦点位置的偏移进行评估.详细介绍了长波红外无热化检测仪的原理,对检测仪光学系统中的各个组成部分,包括高低温箱窗口玻璃、平行光管和红外显微物镜,进行了深入的讨论.用CODEV重点设计了一个工作在8~12μm波段,数值孔径为0.25,放大倍率为2倍,焦距80mm,全视场为12mm的红外显微物镜.最后对设计结果进行了分析,给出了系统的调制传递函数曲线和场曲畸变图,表明光学系统的像质满足使用要求. 展开更多
关键词 无热化检测 红外显微物镜 光学设计
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双视场红外光学系统的无热化设计 被引量:1
20
作者 李岩 张葆 +1 位作者 洪永丰 赵春蕾 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期385-390,共6页
基于中波红外320×240制冷型探测器设计了一套双视场红外光学系统,利用光学被动式补偿温度焦移,实现对系统的无热化设计。介绍光学系统结构参数的求解过程,用Zemax软件进行设计,并对该系统在不同温度下进行仿真以及像质评价。实验... 基于中波红外320×240制冷型探测器设计了一套双视场红外光学系统,利用光学被动式补偿温度焦移,实现对系统的无热化设计。介绍光学系统结构参数的求解过程,用Zemax软件进行设计,并对该系统在不同温度下进行仿真以及像质评价。实验结果表明:光学系统采用二次成像结构,使用8片透镜在3.7μm~4.8μm波段实现了50mm和200mm两档变焦,满足100%冷阑匹配,在-20℃~60℃温度范围内,系统Nyquist频率处MTF值均大于0.5。 展开更多
关键词 光学设计 双视场 无热化 像质评价
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