针对传统变焦光学系统在环境温度变化的情况下,变焦全程无法一致清晰成像以及需频繁调焦的问题,提出了一种光学被动半无热化变焦系统设计方法,并设计了一种光学被动半无热化变焦系统。变焦系统的焦距为30~1000 mm,工作波段为486~656 nm,光圈为F_4.4~F₈,短焦采用光学被动无热化设计。变焦系统的成像质量良好,结构非常紧凑,在工作温度范围为-40~+60 ℃的情况下,只需长焦位置调焦一次,即可保证从长焦到短焦的变焦全程一致清晰成像,中间过程无需再调焦,且温度调焦量仅为-0.56~+0.82 mm,这验证了设计方法的正确性。采用本方法设计的变焦系统既克服了传统变焦系统在不同温度下需频繁调焦的问题,也极大减小了系统的温度调焦量,有利于快速调焦。

在采用红外辐射计开展大型军用红外成像模拟器视场光阑变化时的辐射校准时,需要采用像斑未充满探测器的测量模式。然而,现有研究未考虑该测量模式下标定和测量成像不一致对测量结果的不利影响,导致大型军用红外成像模拟器视场光阑变化时的辐射校准引入较大测量误差。针对上述问题,首先理论研究不同成像状态下探测面响应非均匀性问题对响应电压的影响。在此基础上,为降低成像不一致引入的测量误差,提出基于标定和测量成像一致性的辐射校准方法。最后,开展不同成像状态下红外辐射计标定实验和某型号红外成像模拟器辐射测量实验。实验结果表明,标定与测量成像状态不一致会引入较大测量误差。而基于本文方法可以有效避免被测源视场光阑变化时因成像状态不一致问题引入的测量误差,保证了大型军用红外成像模拟器视场光阑变化时辐射校准的有效性。

为了提高分幅相机的像面一致性, 从分孔径和分振幅两种分幅方法的原理出发, 分析了物体辐射特性影响像面一致性的原因.基于光纤传像器件匀光作用, 提出了一种提高像面一致性的方法, 并以棱锥分孔径实现六分幅为例, 在LightTools软件中仿真了光纤面板厚度、纤芯直径、光线入射角度等参量对像面一致性的影响.结果表明, 当光束主光线在光纤前端的入射角在±15°内变化时, 增大光纤面板厚度或减小纤芯直径, 可使得六幅像面能量差小于0.3%.基于光纤传像器件的棱锥分幅结构, 可有效提高分幅相机的像面一致性.