北方夜视科技研究院集团有限公司, 云南昆明 650223
头盔夜视仪由单波段向多波段图像融合的方向发展。本文对基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案、图像配准精度进行分析并进行光学仿真。首先分析悬挂式红外夜视仪与微光头盔组合使用的工作模式以及图像旋转、圆形视场的设计方案；其次根据悬挂式红外夜视仪的设计指标, 对其红外物镜及投影物镜进行光学仿真；第三从悬挂精度、光轴一致性及畸变等三方面分析图像配准精度；最后根据仿真结果及图像配准精度分析说明基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案可行, 能达到预期的效果。
投影物镜 红外物镜 图像融合 图像配准 悬挂式 红外夜视仪 projection lens infrared lens image fusion image registration suspended infrared night vision
随着红外技术的不断发展，空间大口径红外光学元件的需求日益增长，其各项制造指标也逐渐接近可见光级光学元件的制造要求，由此对新型空间红外光学元件的加工和检测技术均提出了更高的挑战。针对大口径的高陡度超薄硅基红外透镜，提出了以超声铣磨-机器人研抛-离子束精抛为工艺链路的加工方案，改善了传统红外工艺路线存在的低效率、表面高频误差等问题。针对凸非球面轮廓检测中支撑引起的测试误差，在粗抛和精抛阶段分别采用了柔性缓冲支撑与三点强迫位移支撑方法，有效解决了大口径高陡度超薄透镜测试中的支撑变形问题。经过理论仿真与实验验证，证明该测试方法具有较好的一致性。通过改进的轮廓检测方法，实现了轮廓测试中支撑误差的准确分离，有效提升了加工的极限精度。最终大口径红外透镜凸非球面加工精度达RMS λ/50 （λ=632.8 nm），满足设计指标要求。
光学加工 空间红外透镜 轮廓检测 支撑误差 optical manufacturing space infrared lens contour test supporting error 红外与激光工程
2022, 51(9): 20220427
1 江苏师范大学物理与电子工程学院,江苏省先进激光材料与器件重点实验室,徐州 221116
2 杭州光学精密机械研究所，杭州 311421
3 宁波大学高等技术研究院，红外材料及器件实验室，宁波 315211
本研究尝试将As2Se3红外硫系透镜生产过程中产生的块体玻璃废料进行回收利用，首先将清洗后的块体玻璃废料球磨成粉体，然后采用粉体热压技术实现高光学质量As2Se3玻璃片的制备。研究了粉体粒度、热压参数对制备的As2Se3玻璃光学性能的影响，对比了粉体热压法和熔融淬冷法制备的As2Se3玻璃的性能，评估了通过粉体热压途径制备红外硫系玻璃的可行性。结果表明：随着球磨时间的延长，As2Se3玻璃粉体的平均颗粒尺寸逐渐减小，且颗粒尺寸的分布趋于更加均匀；使用平均颗粒尺寸为9.7 μm的粉体(球磨10 min)，在压力为40 MPa、热压温度为250 ℃、热压时间为10 min的条件下获得的热压玻璃的致密度达到99.8%，其折射率与熔融淬冷法制备的玻璃的折射率接近(在10 μm波长的折射率差仅为0.003)，在10 μm波长的透过率达61%(理论透过率为63.7%)。通过进一步提高玻璃粉体的纯度和尺寸均匀性，有望制备出与熔融淬冷法制备的玻璃性能相当的热压玻璃。
硫系玻璃 球磨 热压 红外透镜 热成像 红外技术 chalcogenide glass ball milling hot pressing infrared lens thermal imaging infrared technology
如何准确检测镜头的焦距是红外镜头参数检测的一项重要研究内容。本文提出了一种基于刀口靶图像的焦距快速检测方法。该方法先采集红外镜头聚焦状态下的刀口靶图像，再进行刀口靶图像的二值化处理；通过提取目标的边缘轮廓，获得最小外接矩形的顶点坐标信息，从而估算出红外镜头对应焦距。实验结果证实：该检测方法可快速、准确地测量出镜头的焦距，且测量的平均绝对误差百分比小于 1.48。该方法为红外镜头重要参数的快速检测奠定基础。
红外镜头焦距 检测方法 二值化 边缘提取 focal length of infrared lens, measurement method,
北方夜视科技研究院集团有限公司，云南昆明 650223
图像融合的配准精度是关系到图像融合质量的一个重要性能指标。本文所述的红外与可见光图像融合物镜系统采取平行光路布局、光学被动热补偿的方式提高图像融合的配准精度。本文首先分析对比了机械热补偿方式与光学热补偿方式对提高图像配准精度的贡献；其次根据图像融合物镜系统的性能指标对红外物镜和可见光物镜进行光学被动热补偿的优化设计，并分析了对可见光物镜进行光学被动热补偿设计的必要性；第三从光学布局型式及畸变变化来分析图像融合物镜系统的图像配准精度；最后根据图像融合物镜系统的成像质量和图像配准效果，可得出融合图像质量好、能满足指标要求的结论。
可见光物镜 红外物镜 图像融合 图像配准 visible lens, infrared lens, image fusion, image r
华中光电技术研究所 —武汉光电国家研究中心, 湖北武汉 430223
针对大变倍比红外连续变焦镜头齐焦性问题, 通过采用特定的数据结构, 以在线标定方式, 拟合出变倍镜头的双向补偿曲线。并通过改变环境温度、双线插值法, 将拟合曲线扩展成二维网表并存入 FLASH中。依据标定网表, 齐焦性补偿基于预处理算法、双环控制算法及脉动控制算法能快速、准确实现补偿电机驱动控制, 解决大变倍比连续变焦红外镜头齐焦性问题。同时通过增加灰度梯度校验, 还能有效弥补目标距离小于最小成像距离时的补偿不足问题。
大变倍比 连续变焦红外镜头 在线标定 齐焦性算法 快速补偿 large zoom ratio continuous zoom infrared lens on-line calibration algorithm of parfocalization feafures fast compensation
1 昆明理工大学机电工程学院, 云南昆明 650500
2 云南北方驰宏光电有限公司, 云南昆明 650217
随着制造技术的发展, 机械补偿式变焦镜头的使用也越来越广泛。光学系统变焦的精确性、平滑性和驱动力均衡性主要取决于变焦凸轮, 而变焦凸轮的压力角与凸轮外径、凸轮转角范围以及变倍组的运动规律有关。本文以某款红外连续变焦镜头为例, 不改变凸轮外径和凸轮转角范围, 对变倍组的运动规律进行优化设计, 并通过 ADAMS对优化后的模型进行运动学仿真。仿真结果表明: 该优化方法可以降低变焦凸轮在短焦段和长焦段的压力角, 消除变倍组等速运动时的刚性冲击。
红外镜头 连续变焦 凸轮曲线优化 运动学仿真 infrared lens continuous zoom cam curve optimization kinematics simulation
1 总装备部武汉军代局驻常德地区军代室，湖南常德 415007
2 湖南华南光电（集团）有限责任公司，湖南常德 415007
偏心差是红外透镜设计、制造的重要参数，直接测量难度大、成本高。从 GB/T 7242中相关定义出发，推导了透镜偏心差与两个球面的球心差之间的关系，并与 Zemax仿真结果和已有关系式的计算结果进行了对比，验证了其在用可见光下反射成像方式中心偏差测量仪测量计算红外透镜偏心差的有效性。
红外透镜 偏心差 球心差 中心偏差 infrared lens prejudicial aberration spherical center aberration centering error of lenses Zemax Zemax
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
基于光机热集成设计分析,设计了一种扩展中波红外定焦镜头光机系统(焦距f=60 mm,工作波段2.5~5.3 μm),在设计光学系统和光机结构时就充分的考虑了环境温度、系统热变形对光学性能的影响,建立了镜头组的有限元模型,并基于-40~+60 ℃的实际温度载荷展开了热力学分析,对热分析后各镜片的节点位移和面型变化通过Zernike多项式作为数据接口导入光学设计软件,给出了各典型温度值下镜头组的传递函数图。分析结果表明,在-40~+60 ℃区间红外镜头的各个视场成像质量良好,所设计的红外镜头结构可靠、简洁,能够满足设计和使用要求。
光机热集成设计 红外镜头 扩展中波 分析 integrated opto-mechanical-thermal design infrared lens extended mid-wave analysis
给出了一种适用于红外搜索跟踪系统的透射式双波段(中波/长波)光学物镜,两个波段的相对口径均为 1/1.3,工作波段分别为 3.7～4.8.m和 7.5～10.5.m,视场为 ±1.75.。为提高光学透过率,物镜采用会聚光路分光,每个波段仅有 4片透镜,其中各有 2片采用了衍射光学表面,实测两个波段的光学透过率(含分光镜)均大于 70%。
红外物镜 衍射光学元件 红外搜索跟踪系统 infrared lens diffractive optical elements infrared search and track (IRST) system
