考虑红外多波段双视场共光路系统多谱段色差严重且能量透过率低, 本文设计了结构简单的红外中波/长波双波段双视场折射系统, 实现了成像系统的功能多样性。该系统采用了320 pixel×240 pixel红外中波和长波双色焦平面阵列探测器, 通过引入非球面元件提高了系统校正像差的能力, 实现了镜片组的结构性调整。系统包括变焦和二次成像两个子系统, 其中变焦系统短焦距为50 mm, 长焦距为200 mm, 满足100%冷阑匹配。像质评价结果表明: 在17 lp/mm处, 调制传递函数(MTF)在中波处大于0.5, 在长波处两个视场下都接近衍射极限; 另外80%左右的能量都能被集中在一个像元上, 光谱透过率均匀, 且无严重的冷反射现象。优化后的光学系统具有适用范围广, 结构紧凑以及成像效果好等优点, 在机载光电侦察跟踪设备上有较好的应用前景。

本文通过结构性设计解决了曲面复眼光学系统边缘视场像质难以提高的问题。该光学系统由7个相互独立的子复眼光学系统组成, 各子复眼光学系统相互独立, 其光线相互交叉。在系统中引入自由曲面透镜, 自由曲面透镜相当于棱镜将微透镜阵列光线偏折, 使同一子系统的微透镜成像于平的像面上。每个子系统包括一层微透镜阵列, 一个自由曲面透镜, 一光阑阵列和后续像差校正镜。相比较于传统的复眼系统, 该结构对复眼边缘视场的像差校正能力更强, 能很大程度地提高边缘视场的像质。该系统的理论视场可达180°, 制造精密要求不高且适用性强。本文最后通过光学软件zemax对光学系统进行了模拟验证, 证明其可实现性。

介绍了PW法在连续变焦光学系统初始结构求解过程中的应用。在物像交换原则的基础上对光学系统的各组件进行光焦度分配和间距的选择得到变焦系统的结构形式。通过改变PW值的大小以及正负选择最佳的玻璃组合, 消像差以及计算透镜的形状。利用PW初始结构求解法设计得到了焦距为50 mm~20 mm的中波红外变焦系统, 该系统包括5片透镜以及2个非球面, 结构简单并且满足100%冷阑匹配。最终得到光能透过率高, 成像质量好的连续变焦光学系统, 可以满足实际应用需求。因此, PW初试结构求解法在连续变焦光学系统设计中具有一定的借鉴意义。