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分孔径三视场中波红外光学系统

admin 科技 2020-11-06 15:09:45 28 0

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摘要:为了战胜单一光学通道长焦距与大视场之间的矛盾,设计了一款分孔径大变倍比三视场中波红外光学系统。 该光学系统接纳分孔径手艺,包罗小视场光学通道和中视场/大视场光学通道,两个通道之间的转换通过切出切入45°放置的反射镜完成,小视场光学通道接纳二次成像,仅接纳6片透镜,透过率高; 中视场/大视场光学通道接纳三次成像; 小视场光学通道与中视场/大视场光学通道共用一片反射镜和中继组,实现了共出瞳分入瞳——分孔径; 小视场长焦距为1 120 mm,大视场短焦距为22.58 mm,变倍比到达53×; 对小视场光学通道进行了三次立体折叠,对中/大视场光学通道进行了一次折叠,有效地对横向和纵向尺寸进行了控制,形状包络在270 mm×217 mm×258 mm局限内,系统紧凑,实现了兼具长焦距和大视场的三视场中波红外光学系统。 设计及实验效果表明该光学系统像质优越,知足热像仪使用要求。


关键词:中波红外光学系统;分孔径;共出瞳分入瞳;长焦距;立体折叠;三视场


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1弁言


随着红外成像手艺的生长及其应用局限的拓展,多视场和延续变焦红外系统正普遍应用于侦查、前视红外及目的探测和跟踪等领域,虽然延续变焦红外系统能实现对目的的延续考察,但其光轴一致性、成像质量及视场切换的便捷性不及多视场红外系统,因此机载观瞄光电装备主要接纳多视场红外系统。近年来,海内外在多视场红外系统方面进行了大量研究,其中增大考察距离、减小系统的质量及复杂度一直以来都是这些研究的热门。


现在,热像仪作为一种机载观瞄红外系统,既要具有远距离考察瞄准目的的能力,还要具有大局限搜索探测目的的能力。然而,这两种能力对热像仪光学系统的设计要求截然相反,前者要求光学系统具有长焦距[3-6],即小视场;而后者却要求光学系统具有短焦距,即大视场。在单一光学通道中,长焦距和大视场是光学系统设计的两种极端情形,不容易同时具备。增大焦距意味着增大光学系统的孔径和体积,光学系统孔径像差增大;而视场增大则意味着光学系统孔径增大,轴外像差急剧增大,冷反射也急剧增大。Vizgaitis等人设计的光学系统焦距到达了611 mm[1-2],为了实现小型化和变焦距,划分接纳全反射式望远物镜叠加折射式物镜的光学结构形式,和切入切出反射镜实现变倍和移动透镜变倍连系的方式,接纳变F数,即超小视场与其余视场F数不一致。付艳鹏等设计的光学系统接纳机械抵偿、三组元变倍、三次成像的光学结构形式,其焦距到达了750 mm[3]。骆守俊和江伦等人设计的光学系统都接纳机械抵偿的光学结构形式,焦距划分到达了600 mm和700 mm[4-5]。不外,上述方式实现超长焦距和大视场均存在局限性。为了战胜单一光学通道不容易具备长焦距和大视场的矛盾,本文提出了分孔径的三视场中波红外光学系统,接纳双通道[7-8]分孔径的光学结构形式,大大减小了系统体积,提高了系统长焦距与系统包络的比值,即接纳较小的体积获得较远的作用距离,提高热像仪的性能体积比,给出了分孔径三视场中波红外光学系统的设计效果,实现了1 120 mm长焦距和24°大视场的三视场中波红外光学系统。该系统成像质量优良、结构紧凑。

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