1 哈尔滨新光光电科技股份有限公司，黑龙江哈尔滨 150080
2 火箭军装备部驻哈尔滨地区军事代表室，黑龙江哈尔滨 150080
3 哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨 150001
为实现中波制冷红外导引头的低成本、无热化设计，采用两轴框架式总体布局方式，基于硅锗光学材料，利用一次成像 3片式光学结构(Si-Ge-Si），选用斯特林制冷型面阵规模 640×512像素尺寸为 15.m的中波红外探测器作为接收器件，设计一种高分辨率低成本中波制冷红外成像制导光学系统，并实现了宽温范围内的无热化设计。设计结果表明，光学系统焦距为 55 mm，视场大小为 10°×8°，在 33lp/mm处，轴上 0视场的调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF）不低于 0.6，轴外 0.7视场传递函数不低于 0.40，畸变小于 1%，冷光阑效率 100%。同时，结合整流罩进行针对性优化设计，系统冷反射现象基本消除，在－40℃～＋70℃温度范围内具有良好的成像效果。光学系统结构简单，易加工装校，良品率高。经实测样机，光学系统成像质量优良，各项性能指标满足技术指标要求。
低成本 无热化 中波红外 高分辨率 low-cost, athermalization, medium-wave infrared, h
1 北京空间机电研究所, 北京 100076
2 北京邮电大学，北京100876
在大温差条件下，由于温度剧烈变化导致红外光学系统成像质量变差。用于机载林火监测的大视场中波红外相机工作环境变化剧烈，对杂散辐射要求较高。为保证光学系统在要求的大视场和大温差条件下具有稳定的性能和良好的成像质量，通过基于消热差的设计方法和基于噪声等效温差的杂散辐射综合评价方法，设计了一套制冷型中波红外光学系统。该光学系统由6片透镜和1片滤光片组成，工作波段为3.7~4.8 μm，F数为2.5，焦距为62.5 mm，视场为14.36°×10.87°，探测器采用640×512 阵列中波制冷型探测器，通过采用硅、锗材料组合，合理分配光焦度，实现了消色差和消热差设计，通过冷反射优化和冷光阑匹配设计，较好地抑制了系统的杂散辐射噪声，通过引入少量非球面优化，在满足指标要求的情况下，对高阶像差进行了校正。结果表明，光学系统在−55~+70 °C温度范围内，成像质量稳定良好。
中波红外 制冷型探测器 消热差 冷反射 medium wave infrared cooled detector athermalization cold reflection
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528436
3 北京空间机电研究所，北京 100094
在微光夜视与红外成像融合的光学系统中，光通过55°放置的分光镜分成两束光，其中反射光被微光探测器接收进行微光夜视成像，透射光被红外探测器接收进行红外成像，通过图像融合技术来提高系统的成像分辨率。针对分光镜的参数要求，笔者选用Ge、ZnS和YbF3作为沉积材料，采用离子源辅助沉积技术在多光谱ZnS基底上制备了0.6~0.9 μm波段高反、3.7~4.8 μm波段高透的分光膜。通过对膜系结构的优化以及沉积工艺参数的调整，解决了膜层牢固度和面形精度等问题，实现了0.6~0.9 μm波段反射率为90.77%、3.7~4.8 μm波段透射率为91.15%的分光指标。附着力测试、摩擦力测试、高低温测试、恒温恒湿测试结果显示所制备的双面膜可以满足使用要求，但该膜的短波反射率和长波透过率仍有一定的提升空间。
光学器件 分光镜 微光夜视 中波红外成像 面形精度 中国激光
2023, 50(14): 1403101
空军工程大学航空机务士官学校, 河南 信阳 464000
针对3~5 μm机载中波红外系统复杂气象条件下对地目标探测识别问题, 在理论研究的基础上, 采用PcModWin大气仿真软件, 进行了清洁大气、雾、云、雨等气象条件下的模拟仿真实验, 分析了不同气象条件下不同距离范围内该波段红外辐射透过率分布曲线和峰值参数的变化规律, 结合大气分子学理论, 证明了探测角度、大气能见度、雾型、云层类型、降雨(雪)强度等, 都是影响该波段机载红外系统对地目标探测识别效果的重要因素, 提出了工程运用中应当采取的策略方法。研究结果对后续工程试验和运用实践具有指导作用, 可提高该波段机载红外系统的应用效果。
复杂气象 机载 中波红外 探测识别 红外透过率 complex meteorology airborne medium wave infrared detection and identification infrared transmittance
1 华中光电技术研究所— 湖北久之洋红外系统股份有限公司， 湖北 武汉 430223
2 陆军装备部驻武汉地区军事代表局， 湖北 武汉 430022
3 陆军装备部驻武汉地区第二军事代表室， 湖北 武汉 430022
温度变化会对光学系统的成像质量产生影响，这种影响在红外波段尤其明显。分析了光学系统材料折射率、介质面型等参数受温度影响产生的变化，根据光学被动式无热化原理，设计了一个波段为3~5 μm，焦距30 mm，F#=4的中波红外光学系统，探测器为制冷型探测器，像元数640 pixel×512 pixel、像元大小15 μm。系统共4片透镜，采用了两种常见的中波红外材料硅和锗满足了像差和热差的要求，在-30 ~ + 60 ℃的工作温度范围之内像质良好，满足制冷型中波红外系统的设计需求。
光学设计 中波红外 无热化 紧凑 像质 optical design medium wave infrared optics athermalization compact image quality
1 南京莱斯电子设备有限公司，江苏 南京 210014
2 中国电子科技集团第二十八研究所，江苏 南京 210007
3 31105部队，江苏 南京 210000
除了具备作用距离远、可全天候工作、隐蔽性好等传统红外强度成像的优点外，基于目标与背景偏振特性差异的红外偏振成像技术能够有效减小背景干扰、抑制背景杂波、增强图像对比度、提高信噪比，应用前景广阔。为了有效抑制空中和海面目标探测过程的背景杂波干扰，增强雾、霾和烟尘以及小温差、低照度和复杂背景环境下的目标探测能力，采用分孔径同时偏振成像方式，完成了焦距为240 mm的四通道制冷型分孔径中波红外偏振成像光学系统的设计。利用蒙特卡洛法进行了公差分析，保证了光学系统加工和装调精度的合理性。像质分析结果表明，光学系统的MTF接近衍射极限，各类像差得到了有效校正，成像质量良好。通过冷反射分析验证了冷像对所设计制冷型红外光学系统成像质量的影响程度。此外，最终完成的光学系统结构紧凑，透过率高，避免了非球面的使用，具有良好的加工和装配工艺性。
偏振成像 分孔径 制冷型 中波红外 polarization imaging aperture sharing cooled medium-wave infrared 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200208
采取将变倍组、补偿组、后固定组分开进行联动的方式对传统光学补偿连续变焦中波红外光学系统进行改进,获得了超长焦距、超大视场、大变倍比、小型化的光学系统。推导了其数学模型,基于该模型采用640×512制冷型中波探测器,设计了焦距为11.56~982.6 mm、变倍比为85×的连续变焦光学系统,该光学系统的应用波段为3.6~4.9 μm,F数为5.5,冷屏效率为100%。设计结果显示,该光学系统的外形尺寸为333.5 mm×125 mm(局部直径为177.5 mm)×80 mm(局部直径为180 mm),结构紧凑,变焦过程中变倍补偿曲线平滑、像面稳定。从点列图、光学传递函数、畸变等方面对该光学系统的像质进行评价,结果表明,其像质优良,分辨率高,可满足热像仪整机使用要求。
几何光学 透镜系统设计 连续变焦 三组联动 中波红外光学系统 激光与光电子学进展
2019, 56(19): 190801
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为满足中波红外高空间分辨率偏振干涉测量需求, 本文提出一种基于微型静态干涉原理的中波红外线偏振干涉成像系统。该系统不含狭缝, 具有信息量多, 光通量大等优点。介绍了线偏振干涉成像系统的工作原理, 采用近轴光学理论计算了初始结构参数, 进行了系统优化设计。分析了入射光分别为完全非偏振光和线偏振光时系统的透过率, 给出了系统所能探测的最小辐射强度。为了降低探测器强度的随机波动对偏振测量的影响, 采用等权重方差优化了系统的偏振测量矩阵, 并通过数值仿真验证了方法的正确性。最后, 分析了偏振片的旋转误差对偏振测量的影响, 给出了偏振探测精度为2%时的偏振片旋转公差容限。设计结果表明: 傅立叶变换型线偏振干涉成像系统成像质量良好, 在探测器的特征频率17 lp/mm处, 各视场的调制传递函数值均大于06, 满足系统的使用需求。
中波红外 偏振干涉成像系统 等权重方差 光学设计 medium wave infrared polarization interference imaging system equal weight variance optical design
对红外偏振成像的国内外发展现状进行了分析。根据中波红外偏振成像的应用需求, 提出了一种中波红外共口径偏振成像系统。该系统由前置共口径和后置分口径成像系统组成。后置分口径成像系统包括四个偏振通道, 每个通道上放置不同的偏振元件,这样系统就可以实现全偏振成像。根据所使用的探测器, 完成了系统分析与设计工作。设计完成之后, 系统的MTF>0.3@17 lp/mm。最大RMS光斑直径小于探测器像元尺寸, 单个像元能量集中率大于80%。
中波红外 偏振成像 光学系统设计 medium wave infrared polarization imaging optical system design
