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机载小型化中波红外连续变焦光学系统设计

吴海清 王玮超

吴海清, 王玮超. 机载小型化中波红外连续变焦光学系统设计[J]. 红外技术, 2021, 43(12): 1177-1182.
引用本文: 吴海清, 王玮超. 机载小型化中波红外连续变焦光学系统设计[J]. 红外技术, 2021, 43(12): 1177-1182.
WU Haiqing, WANG Weichao. Design of Airborne Miniaturized Middle Wavelength Infrared Continuous Zoom Optical System[J]. Infrared Technology , 2021, 43(12): 1177-1182.
Citation: WU Haiqing, WANG Weichao. Design of Airborne Miniaturized Middle Wavelength Infrared Continuous Zoom Optical System[J]. Infrared Technology , 2021, 43(12): 1177-1182.

机载小型化中波红外连续变焦光学系统设计

详细信息
    作者简介:

    吴海清(1982-),男,陕西榆林人,高级工程师,硕士,主要研究方向为成像光学系统设计。E-mail: whqcust@163.com

  • 中图分类号: O439; TH74

Design of Airborne Miniaturized Middle Wavelength Infrared Continuous Zoom Optical System

  • 摘要: 为适应机载光电系统对红外热像仪光学系统小型化、轻量化的要求,采用前端无焦扩展倍镜与后端连续变焦光学系统组合的方式,实现了30~660 mm的22倍连续变焦光学系统。该系统的光学总长为244 mm,总长/最大焦距比为0.37,系统具有光学总长小、变倍比大的特点,适用于远距离目标探测的大型机载光电吊舱系统中。将前端无焦扩展倍镜去掉后,后端连续变焦光学系统可以实现15~330 mm的22倍连续变焦光学系统,该系统的光学总长为138 mm,总长/最大焦距比为0.42,可作为独立的连续变焦系统应用于近距离目标探测的中小型机载光电吊舱系统中。设计结果显示,该系统在两种状态下均成像良好,在探测器对应的特征频率33 1p/mm处,中心视场的MTF值均在0.3附近,接近衍射极限,0.7视场的MTF值均在0.2附近,边缘视场的MTF均在0.15附近,能够满足应用需求。
  • 图  1  连续变焦光学系统组成

    Figure  1.  Continuous zoom optical system composition

    图  2  机械正组补偿连续变焦原理图

    Figure  2.  Schematic diagram of mechanically compensated zoom system

    图  3  焦距为15 mm时的光路图

    Figure  3.  Optical system layout at 15 mm

    图  4  焦距为330 mm时的光路图

    Figure  4.  Optical system layout at 330 mm

    图  5  带增倍镜焦距为30 mm时的光路图

    Figure  5.  Optical system layout with extender at 30 mm

    图  6  带增倍镜焦距为660 mm时的光路图

    Figure  6.  Optical system layout with extender at 660 mm

    图  7  焦距为15 mm时的MTF

    Figure  7.  MTF graph with focal length of 15 mm

    图  8  焦距为330 mm时的MTF

    Figure  8.  MTF graph with focal length of 330 mm

    图  9  带扩展倍镜焦距为30 mm时的MTF

    Figure  9.  MTF graph with focal length of 30 mm with extender

    图  10  带扩展倍镜焦距为660 mm时的MTF

    Figure  10.  MTF graph with focal length of 660 mm with extender

    图  11  焦距为15 mm时的点列图

    Figure  11.  Spot diagram when the focal length is 15 mm

    图  12  焦距为330 mm时的点列图

    Figure  12.  Spot diagram when the focal length is 330 mm

    图  13  带扩展倍镜焦距为30 mm时的点列图

    Figure  13.  Spot diagram when the focal length is 30 mm with extender

    图  14  带扩展倍镜焦距为660 mm时的点列图

    Figure  14.  Spot diagram when the focal length is 660 mm with extender

    图  15  光学系统变倍组、补偿组变焦运动曲线

    Figure  15.  Zoom curves of continuous zoom subsystem

    表  1  光学系统技术指标

    Table  1.   Optical design parameters

    Parameter Value
    Detector size 640×512(cooled)
    Pixel size 15 μm
    Wavelength 3.7 to 4.8 μm
    F number 4
    Focal length 15 to 330 mm(without extender)
    30 to 660 mm(with extender)
    Total length 138 mm(without extender)
    244 mm (with extender)
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-01
  • 修回日期:  2021-11-25
  • 刊出日期:  2021-12-20

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