1 凯迈(洛阳)测控有限公司，河南 洛阳471009
2 中国空空导弹研究院，河南 洛阳471009
利用普通红外光学材料实现的大视场光学被动无热化系统应用于当前新型高分辨率、大面阵红外探测器时存在透镜数量多，不易实现轻量化、小型化的技术问题。为此，引入了低折射率温度系数的硫系玻璃，并设计了一种工作波段为8~12 m、视场为40°×325°、F数为10且适配1280×1024探测器的光学被动无热化成像光学系统。设计结果表明，在-55℃~70℃的工作温度范围内，探测器特征频率42 1p/mm处的光学传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)值均大于035，系统成像性能良好，能够满足实际工程应用需求。
硫系玻璃 红外光学系统 无热化 大视场 chalcogenide glass infrared optical system athermalized design large field-of-view
1 凯迈(洛阳)测控有限公司，河南 洛阳471009
2 中国空空导弹研究院，河南 洛阳471009
在大视场红外光学系统中，基于普通红外光学材料实现的光学被动无热化系统存在透镜数量多且不易实现轻量化、小型化的技术问题。为解决这个问题，采用硫系玻璃与常用红外材料组合来实现光学被动无热化，并设计了一种视场为40°×32.5°、工作波段为8~12 m、F数为1.0、工作温度范围为-55℃~+70℃的小型化非制冷红外成像光学系统。设计结果表明，该系统结构简单紧凑、成像性能良好，在空间频率42 1p／mm处的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)值大于0.3，能够满足实际工程应用的需求。
硫系玻璃 红外光学系统 无热化设计 大视场 chalcogenide glass infrared optical system athermalized design large field-of-view
1 宁波大学 高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 315211
3 云南北方驰宏光电有限公司, 云南 昆明 650000
针对市场上现有红外广角镜头大多采用定焦结构且缺乏无热化设计的现状, 根据光学变焦系统的设计原理, 设计了一种有效焦距范围为10~24 mm(变倍比为2.4:1)、视场角变化范围为34°~90°、工作波段为8~12 μm、F/#为2.8的无热化连续变焦广角镜头。考虑到红外镜头多用在温度变化较大的使用环境中, 系统设计选用了硫系玻璃NBU-IR2(Ge20Sb15Se65)以及常规红外材料锗(Ge)和硫化锌(ZnS)制备的六片镜片, 通过合理分配各个镜片的光焦度及其空气间隔等参数, 在连续变焦设计的基础上实现了无热化的光学设计效果。实验结果显示, 系统在-40~60 ℃的温度范围内均可实现品质良好的红外热成像效果, 调制传递函数全视场范围内均大于0.25。系统结构较为紧凑简单、质量较轻, 仅在一片硫系玻璃镜片上设计了一处非球面, 可有效控制光学系统的加工成本。整体设计适用于车载夜视等应用领域。
光学设计 广角镜头 无热化 非球面 optical design wide-angle lens athermalized design aspheric surfaces 红外与激光工程
2018, 47(3): 0321001
1 宁波大学 高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
3 云南北方驰宏光电有限公司,昆明 65000
设计了一种工作波段为8~12 μm、有效焦距为5 mm、F数为2、视场角为110°的无热化长波红外广角镜头.根据红外无热化光学设计的基本原理, 用了常规红外材料硫化锌、硒化锌和硫系玻璃材料制备的六片镜片, 通过合理地分配各个镜片的光焦度以及相互间空气间隔等参量, 在全视场角为110°的范围内实现接近衍射极限的成像效果.为了更好地控制系统像差, 设计利用了硫系玻璃易于精密模压制备非球面的优点, 在两片硫系玻璃镜片上设计了3处非球面.设计结果显示: 系统在-40℃~60℃的温度范围内均可实现品质良好的红外成像, 光学调制函数全视场内均大于0.4, 同时在110°视场角时畸变控制在5%以下; 实现了在较大视场角条件下控制红外广角镜头的畸变以及系统无热化等设计要求.该系统体积紧凑、质量较轻, 整体设计符合民用红外车载镜头的使用要求.
红外成像 几何光学 光学设计 广角镜头 红外光学系统 无热化 非球面 硫系玻璃 畸变 Infrared imaging Geometrical optics Optical design Wide-angle lens Infrared optical system Athermalized design Aspheric surfaces Chalcogenide glass Distortion 光子学报
2016, 45(12): 1211003
宁波大学 红外材料及器件实验室，浙江 宁波 315211
针对324×256非制冷探测器，设计了一个工作波段为8~12 μm，有效焦距为9 mm，F数为1.3，视场角为33.26°×26.28°的红外车载镜头。镜头采用了硫系玻璃材料Ge28Sb12Se60制备的两片镜片，结合常规红外材料锗以及硫化锌材料制备其他两片镜片，通过合理分配各个镜片的光焦度达到系统整体无热化设计的效果。利用硫系玻璃易于精密模压制备非球面的特点，仅在一片硫系玻璃镜片上设计了一处非球面。设计结果表明该系统在-40~60 ℃的温度范围内具有良好的消色差/热差性能，且调制传递函数(MTF)接近衍射极限。
车载镜头 红外系统 无热化设计 光学被动式 vehicle-mounted lens infrared system athermalized design optical passive
1 宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 云南北方驰宏光电有限公司, 云南 昆明 650000
3 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510641
针对红外双波段量子阱探测器, 设计了一个可同时工作在 4.4～5.4.m(中波段红外)和 7.8～ 8.8.m(长波段红外)波段的仅含 3片透镜的紧凑型双波段无热化光学系统, 有效焦距为 30 mm, f/#为 2.1。对比先前报道的双波段无热化红外光学系统, 此设计仅采用硫系玻璃材料 Ge20Sb15Se65制备的两片镜片和常规红外材料 ZnS制备的一片镜片, 通过合理分配各个镜片的光焦度达到系统在中波红外及长波红外两个波段的无热化设计效果, 且不含衍射面, 整体结构紧凑, 制备难度低。利用硫系玻璃易于精密模压制备非光学球面的特点, 仅在一片硫系玻璃镜片上设计一处非球面。设计结果显示, 系统在两个红外波段, -40 ℃～60 ℃温度范围内像质良好, 且光学调制函数(MTF)接近衍射极限。
光学设计 红外系统 双波段 无热化 optical design infrared system dual-band athermalized design
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
研究了大相对孔径光学系统的设计方法, 讨论了光学设计初始的光焦度分配计算, 设计了F数为09的大相对孔径红外消热差物镜。建立了由多个光组构成的组合光学系统的消热差模型, 结合光学系统的结构型式和所选择的光学材料组合, 获得了初始的光焦度分配, 利用计算机辅助优化设计完成了像差校正。环境温度分析表明, 在-40~60 ℃, 该物镜成像质量稳定, 调制传递函数(MTF)接近衍射极限。实际设计结果与理论计算结果相符合。
光学设计 红外光学系统 消热差设计 大相对孔径 optical design infrared optical system athermalized design large relative aperture
