1 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
2 陆军装备部驻重庆地区军事代表局, 重庆 400000
3 空军装备部驻成都地区军事代表局, 四川 成都 610000
4 海军装备部驻广州地区军事代表局, 广东 广州 510320
长波红外变焦光学系统相对于中波红外变焦光学系统存在可用材料少、系统高低温环境无热化难度大等难题。本文采用机械补偿变焦技术实现光学多视场变焦，利用主动补偿的消热差技术使系统在−40 °C~+65 °C温度范围内能够清晰成像，实现四片透镜架构的制冷型长波红外四视场光学系统设计。该光学系统四视场焦距分别为25 mm、109 mm、275 mm、400 mm，变倍比为15，光学系统包络尺寸为268 mm（长）×200 mm（宽），光学零件总质量为618 g。该光学系统具有质量轻、性能高、成本低等SWaP-C特征，在辅助导航、搜索、跟踪等安防领域中具有较大应用潜力。
制冷型长波红外 变焦光学系统 机械补偿 无热化 cooled long-wave infrared zoom optic system mechanical compensation athermalization
根据连续变焦理论模型, 编制连续变焦计算程序, 求得变焦系统初始解, 建立理想光学模型, 通过选材选型及迭代优化, 实现仅由 4片红外透镜及两片平面反射镜组成的中波红外连续变焦光学系统。该系统 F#为 4、工作波段为 3.7～4.8 .m、视场变化范围为 20°×16°～2.0°×1.6°、光学零件最大口径为 71 mm、零件总重 64 g, 系统包络为 172 mm×108 mm, 系统采用两个二元衍射面用于消色差, 通过材料合理配置及主动补偿实现系统消热差设计。该中波红外连续变焦光学系统重量轻、总长短、包络小, 在－40℃～＋60℃温度范围全视场成像质量良好。
光学设计 中波红外 连续变焦 消热差 optical design, MWIR, continuous zoom, athermaliza
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220607
1 昆明物理研究所，云南 昆明 650223
2 北方红外技术股份有限公司，云南 昆明 650217
对基于三坐标测量机的大口径红外透镜曲率半径检测方法进行了研究。首先简要阐述了三坐标测量机测量透镜曲率半径的原理，然后根据此原理应用误差理论推导出该方法测量透镜曲率半径时的标准差估计公式，并进行了相关验证实验。实验结果证明该测量标准差估计公式正确，并据此对三坐标测量机测量曲率半径的测量范围以及测量精度进行分析。研究结果表明：由于测量精度随着球冠包角θ值的增大而迅速减小，使得该方法较适用于测量球冠包角θ值较大的大口径透镜。
光学检测 曲率半径测量 三坐标测量机 最小二乘法 测量标准差 optical test curvature radius measurement CMM the least square method the standard deviation of measurement
设计了一款高性能的紧凑型双视场长波红外光学系统, 该光学系统由前固定组、变倍调焦组、后固定组、中继组组成。采用机械补偿变焦方式、光瞳匹配技术、二次成像和二次折叠, 有效地对光学系统纵向和横向尺寸进行了约束, 外形包络在 220 mm×95 mm(局部 135 mm)×50 mm(局部 110 mm)范围内, 系统紧凑, 体积小。通过光学和结构材料的优选搭配及光学系统参数优化配置, 在-40℃～70℃范围内, 控制了光学系统热差, 光学系统光轴稳定, 小视场光轴稳定性＜0.04 mrad, 大/小视场转换光轴平行性＜0.1 mrad; 应用该光学系统的热像仪性能高, MRTD(3 cyc/mrad)＝0.07 K, NETD＝30 mK。设计结果表明光学系统像质良好, 满足热像仪使用要求。
双视场光学系统 长波红外 机械补偿 光瞳匹配 dual FOVs optical system LWIR mechanicallycompensated zoom the entrance pupil matching the exit pupil
1 昆明物理研究所，云南昆明 650223
2 清华大学深圳研究生院，深圳 518055
研究了远程迎头探测飞机目标的红外辐射特性。分别介绍了飞机迎头的主要红外辐射源，飞机红外辐射特性的计算流程，以及红外光电系统入瞳接收到的蒙皮红外辐射能通量的计算模型，最后对远程探测水平路径大气透过率和飞机目标红外辐射强度进行仿真计算。
红外辐射特性 飞机目标 红外辐射强度 infrared infrared signature aircraft target Infrared radiation intensity
针对光电系统中常用的振动扫描反射镜进行了结构设计技术研究。采用碳化硅材料，设计了反射镜的支撑方式，确定了反射镜轻量化孔的形式。使用 ANSYS软件对反射镜分别进行了静态和动态面型变化仿真分析，并利用最小二乘法对变形后的反射镜面进行了平面拟合，分析了变形误差。对常用的几种反射膜进行了对比分析。最后对实际使用的反射镜进行了面形检测，实际成像质量表面反射镜可以满足使用要求。
光电系统 扫描反射镜 碳化硅 轻量化孔 有限元 electric-optical system scanning mirror silicon carbide lightweight hole finite element analysis
介绍了多视场热像仪变倍机构设计技术。从结构设计的角度出发, 对多视场热像仪常用的几种变倍机构的工作方式、光机结构特点及设计技术要点进行分析与研究, 指出不同机构型式的优缺点和适用性。总结了多视场热像仪变倍机构设计的主要原则。
多视场热像仪 变倍机构 光机系统 multi field-of-view thermal imager zoom mechanism optical-mechanical system
主要研究了红外热像仪可靠性的设计技术。分析了红外热像仪的常见故障, 建立了红外热像仪典型的可靠性模型。理论分析了可靠性的主要限制因素及其影响程度, 提出了高可靠性红外热像仪的设计方法, 并给出了试验验证结果。最后对比介绍了国内外典型红外热像仪可靠性的增长情况。
红外热像仪 可靠性 平均故障间隔时间 IR thermal imager reliability MTBF
采用光学融合的方法设计了一款用于手持的可见光与红外双波段热像仪。红外热像仪中使用320×240 非制冷焦平面探测器，像元间距为25 μm，该系统工作波段为8～12 μm，红外光学系统焦距为95 mm，视场为4.8°×3.6°。可见光系统物镜焦距为142 mm，视场为6°。OLED 显示的热图像与可见光物镜像通过光学融合后，由公共的目镜观察。整个热像仪尺寸约为182 mm×160 mm×55 mm，具有良好的实用性。
热像仪 红外光学系统 光学融合 OLED 微显示器 thermal imager infrared optical system optical fusion OLED micro display
