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长波红外光学系统混合被动无热化设计

周晓斌 张衡 文江华 吴妍 刘召庆 张向明 金明鑫

周晓斌, 张衡, 文江华, 吴妍, 刘召庆, 张向明, 金明鑫. 长波红外光学系统混合被动无热化设计[J]. 红外技术, 2021, 43(9): 836-839.
引用本文: 周晓斌, 张衡, 文江华, 吴妍, 刘召庆, 张向明, 金明鑫. 长波红外光学系统混合被动无热化设计[J]. 红外技术, 2021, 43(9): 836-839.
ZHOU Xiaobin, ZHANG Heng, WEN Jianghua, WU Yan, LIU Zhaoqing, ZHANG Xiangming, JIN Mingxin. LWIR Optical System Design by Passive Athermalization[J]. Infrared Technology , 2021, 43(9): 836-839.
Citation: ZHOU Xiaobin, ZHANG Heng, WEN Jianghua, WU Yan, LIU Zhaoqing, ZHANG Xiangming, JIN Mingxin. LWIR Optical System Design by Passive Athermalization[J]. Infrared Technology , 2021, 43(9): 836-839.

长波红外光学系统混合被动无热化设计

详细信息
    作者简介:

    周晓斌(1989-), 男, 陕西岐山人, 硕士研究生, 主要从事光学系统设计工作。E-mail: xbin205@163.com

  • 中图分类号: O439

LWIR Optical System Design by Passive Athermalization

  • 摘要: 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。
  • 图  1  光学被动无热化光学系统

    Figure  1.  Passive optical athermalization

    图  2  不同温度下不同视场特征频率处MTF

    Figure  2.  MTF versus field (parameter temperature) at 42 lp/mm

    图  3  混合被动无热化光学系统

    Figure  3.  Passive optical and mechanical athermalization

    图  4  不同温度下不同视场特征频率处MTF

    Figure  4.  MTF versus field (parameter temperature) at 42 lp/mm

    图  5  混合被动无热化结构示意图

    Figure  5.  Mechanical schematic diagram of hybrid passive athermalization

    表  1  设计指标要求

    Table  1.   Requirements of design parameters

    Parameters Value
    Focal length 75 mm
    Wavelength 8μm~12 μm
    Temperature -40℃~+60℃
    F/# 1
    Field of view 5.86°×4.69°
    MTF@42 lp/mm On axis>0.4
    Out axis>0.3
    Detector 640×512,12 μm
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    表  2  不同温度下透镜3的相对位移

    Table  2.   Shift of the lens 3 under different temperature

    Temperature /℃ -40 20 60
    Displacement/mm 0.052 0 0.034
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    表  3  仿真分析不同温度下透镜3的位移

    Table  3.   Shift of lens 3 under different temperature by simulation

    Temperature /℃ -40 20 60
    Displacement /mm -0.053 0 0.032
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    表  4  两种无热化方案对比

    Table  4.   Comparison of different athermalization methods

    Passive optical athermalization Passive optical and mechanical athermalization
    Weight 356 g 354 g
    Volume φ75 mm×80 mm φ75 mm×75 mm
    MTF On axis≥0.42 On axis≥0.46
    Out axis≥0.38 Out axis≥0.37
    Distortion ≤0.7% ≤1.3%
    Complexity 3 aspheric surface
    1 diffractive surface
    3 aspheric surface
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-02
  • 修回日期:  2021-08-20
  • 刊出日期:  2021-09-20

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    2021年9月29日