长波红外反远距物镜光学被动消热差设计

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1、第３５卷第２期西安工业大学学报Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．２２０１５年２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｅｂ．２０１５ＤＯＩ：１０．１６１８５／ｊ．ｊｘａｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．２０１５．０２．００２长波红外反远距物镜光学被动消热差设计高明，刘刚，吕宏（西安工业大学光电工程学院，西安７１００２１）摘要：为满足非制冷红外光学系统相对孔径大、长后工作距、温度适应性强的性能要求，采用反远距系统结构形式，设计了工作波段为８～１２，Ｆ／＃为２．５，全视场角为７．２°，焦距为

2、μｍ１００ｍｍ的长波红外物镜．通过光学被动式消热差方式，匹配光学材料及分配透镜光焦度，完成了红外物镜在－４０～＋６５℃温度范围内的消热差设计，并对红外物镜的像质进行分析．仿真结果表明：不同温度下，系统各个视场内调制传递函数在奈奎斯特频率１７ｌｐ·ｍｍ－１处均高于０．４，达到衍射极限，单个像元内能量均达到８５％．系统整体无温度离焦，成像质量良好、结构紧凑，且适用于像元尺寸为３０、像元数为３２０×２４０非制冷焦平面阵列探测器．μｍ×３０μｍ关键词：长波红外；反远距物镜；消热差设计；像面离焦中图号：ＴＮ

3、２２２文献标志码：Ａ文章编号：１６７３９９６５（２０１５）０２００９４０７犗狆狋犻犮犪犾犘犪狊狊犻狏犲犃狋犺犲狉犿犪犾犻狕犪狋犻狅狀犇犲狊犻犵狀狅犳犔狅狀犵?犠犪狏犲犾犲狀犵狋犺犐狀犳狉犪狉犲犱犐狀狏犲狉狋犲犱犜犲犾犲狆犺狅狋狅犗犫犼犲犮狋犻狏犲犌犃犗犕犻狀犵，犔犐犝犌犪狀犵，犔犎狅狀犵（ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｆｕｌ

4、ｆｉｌｌｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｌａｒｇｅｒｅｌａｔｉｖｅａｐｅｒｔｕｒｅ，ｌｏｎｇｂａｃｋ?ｗｏｒｋｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｕｎｃｏｏｌｅｄｉｎｆｒａｒｅｄｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ａｎｉｎｖｅｒｔｅｄｔｅｌｅｐｈｏｔｏｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｌｏｎｇ?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｎｆｒａｒｅｄｏｂｊｅｃｔｉｖｅｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ：ｗａｖｅｂａｎｄｏｆ８～１２，Ｆｎ

5、ｕｍｂｅｒｏｆ２．５，ｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｏｆ７．２°ａｎｄｆｏｃｕｓｌｅｎｇｔｈｏｆ１００ｍｍ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐａｓｓｉｖｅμｍｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅａｎａｔｈｅｒｍａｌｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｉｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｉｎｇｆｒｏｍ－４０℃ｔｏ＋６５℃ｂｙｍａｔｃｈｉｎｇｏｐｔｉｃａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｐｒｏｐｅｒｌｙａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇｏｐｔｉｃａｌｐｏｗｅｒｏｆｅａｃｈｌｅｎｓ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ．

6、Ｔｈｅｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｏｂｊｅｃｔｉｖｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆａｌｌｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｏｆｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ０．４ａｔｔｈｅＮｙｑｕｉｓｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ１７ｌｐ·－１，ｒｅａｃｈｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｌｉｍｉｔ，ａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｒａｔｉｏｓｒｅａｃｈ８５％ｗｉｔｈｉｎａｓｉｎｇｌｅｐｉｘｅｌｉｎｔ

7、ｈｅｍｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｗｈｏｌｅｓｙｓｔｅｍｈａｓａｎｅｘｃｅｌｌｅｎｔｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍａｐｐｌｉｅｓｔｏｔｈｅｕｎｃｏｏｌｅｄｆｏｃａｌｐｌａｎｅａｒｒａｙｄｅｔｅｃｔｏｒｏｆ３０μｍ×３０μｍｐｉｘｅｌｓｉｚｅａｎｄ３２０×２４０ｐｉｘｅｌｎｕｍｂｅｒ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｌｏｎｇ?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｎｆｒａｒｅｄ；ｉｎｖｅｒｔｅｄｔｅｌｅｐｈｏｔｏｏｂｊｅｃｔｉｖｅ；ａｔ

8、ｈｅｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ；ｄｅｆｏｃｕｓｅｄ收稿日期：２０１４１２０５基金资助：陕西省重点实验室计划项目（１４ＪＳ０３４）；陕西省教育厅科学研究项目（１４ＪＫ１３５０）作者简介：高明（１９６４），男，西安工业大学教授，主要研究方向为光学设计理论及技术、光电精密测试技术、光大气传输理论及技术．Ｅｍａｉｌ：ｍｉｎｇｇａｏ１９６４＠１６３．ｃｏｍ．第２期高明，等：长波红外反远距物镜光学被动消热差设计９５随着各国科技实力的快速发展，红外成像技术已成为各个国家研究的重