非制冷型红外双波段连续变焦光学系统设计

【摘要】：非制冷红外双波段连续变焦光学系统具有昼夜侦查、精确获取目标更全面信息、探测范围广、搜索速度快,能对目标进行不间断观测等优点,这是双波段定焦与单波段变焦所不具备的。目前双波段变焦系统一般是由两个单独系统通过机械手段组装而成的,系统存在体积较大、设备成本较高、侦察设备的复杂程度高等缺点。此外该类系统多工作在复杂多变环境中,且在观测过程中需要进行光路转换,且切换过程耗时长、系统反应速度慢,切换后仍需要重新搜索目标和调整焦距,才能再次对目标进行观察,若在跟踪和观察移动速度较快的目标时,极其容易会丢失目标。针对上述此类系统所存在的问题,设计了一款非制冷型大变倍比红外双波段连续变焦光学系统,F数为2,波长为3～5um/8～12um,焦距范围为8-160mm,变倍比为20倍,视场范围为2.2°43.2°,将红外中／长双波段融合到同一个系统中,对应焦距一致,结构紧凑,变焦曲线平滑。基于红外变焦理论,选择了机械正组补偿方式进行变焦,求解出连续变焦光学系统的初始结构参数,通过引入衍射面和偶次非球面,进行像差分析及校正,系统在变焦过程中,两个波段对应焦距差值小于系统最小焦深,实现了同步观测及跟踪目标信息的目的,并在-40℃～+60℃的温度范围内,实现了光学被动式消热差设计,全视场范围MTF曲线均接近衍射极限,在一个探测器像元内,红外中／长波段能量集中度分别大于91%、72%。
【关键词】：连续变焦 双波段 共口径 消热差 双波段共焦
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN216