摘要：基于斯特林制冷式4x288元光伏型碲鎘汞二維探測器，根據(jù)紅外掃描成像系統(tǒng)原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)掃描型長波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求對光學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分解計(jì)算及光學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)得到系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)和外形結(jié)構(gòu)圖，并對掃描光學(xué)系統(tǒng)的冷反射進(jìn)行分析優(yōu)化。該光學(xué)系統(tǒng)采用三次成像的結(jié)構(gòu)，由變焦望遠(yuǎn)鏡組、掃描擺鏡、中繼鏡組、成像鏡組4部分組成，包含9片透鏡和2片反射鏡。為了降低校正色差成本，系統(tǒng)使用了硫系玻璃鏡片。光學(xué)仿真結(jié)果表明院系統(tǒng)在耐奎斯特頻率處的全視場光學(xué)傳遞函數(shù)大于0.35，全視場畸變小于2%。最后，對系統(tǒng)進(jìn)行了成像實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明院該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)30.8~154mm范圍內(nèi)連續(xù)變焦，變焦過程中目標(biāo)景物清晰，細(xì)節(jié)分辨率高，無冷反射現(xiàn)象出現(xiàn)，該系統(tǒng)具有分辨率高、熱靈敏度高、像質(zhì)清晰等特點(diǎn)。

1.引言

紅外成像系統(tǒng)具有全天候工作，不需要輔助照明，并且其被動(dòng)工作方式不會(huì)被對方電子干擾，圖像直觀，易于觀察等優(yōu)點(diǎn)，在警戒、偵察和制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。由輻射理論得知院溫度為300K的黑體，其能量輻射的峰值波長為0.95μ。而通常的目標(biāo)淵如地面掩體、工廠、大壩、車輛、輪船、生物乃至中段飛行的導(dǎo)彈等冤溫度一般不高，尤其在受到低溫環(huán)境的影響時(shí)，其輻射能力進(jìn)一步下降，輻射能量主要在長波波段。這樣，相對于中波3~5μm，長波紅外成像系統(tǒng)在探測識別方面更具優(yōu)勢。但在遠(yuǎn)距離探測領(lǐng)域，由于非制冷長波探測器的靈敏度相對較低，不能滿足用戶的需求。面陣長波制冷型探測器工藝復(fù)雜，價(jià)格較為昂貴，而線列長波制冷型探測器性價(jià)比較高。而且，線列探測器系統(tǒng)既可用作周視掃描搜索，又可用進(jìn)行目標(biāo)的跟蹤觀察，應(yīng)用前景廣闊。

眾所周知，一般雙視場或多視場光學(xué)系統(tǒng)在切換視場時(shí)存在兩個(gè)問題院其一，在切換時(shí)間間隔內(nèi)沒有目標(biāo)圖像曰其二，由于視場數(shù)有限，目標(biāo)的大小和視場不匹配造成目標(biāo)顯示過大或過小的狀況，不利于實(shí)際觀察。連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)則能很好地解決上述問題，其在變焦的過程中，不會(huì)發(fā)生目標(biāo)丟失的現(xiàn)象，并可根據(jù)目標(biāo)大小自由調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)焦距，因而，更方便用戶觀察使用，其需求日益增強(qiáng)。

本文基于4x288元光伏型碲鎘汞二維探測器，設(shè)計(jì)了一個(gè)5倍掃描型長波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)。采用三次成像結(jié)構(gòu)和折疊光路的設(shè)計(jì)。測試結(jié)果表明院該系統(tǒng)在連續(xù)變焦過程中全視場范圍內(nèi)圖像清晰、細(xì)節(jié)分辨率好、對比度高、畸變小、滿足實(shí)際使用要求。

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