大相對(duì)孔徑中波紅外變焦系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)

付 薇，潘國(guó)慶，尹 娜，孫金霞

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng)471009）

引言

在紅外探測(cè)領(lǐng)域，大相對(duì)孔徑光學(xué)系統(tǒng)在應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。在同等焦距下增大通光口徑，可有效提高系統(tǒng)探測(cè)距離；而在同等口徑下，大相對(duì)孔徑系統(tǒng)具有更長(zhǎng)的焦距，可提高系統(tǒng)分辨能力。此外，根據(jù)紅外變焦光學(xué)系統(tǒng)近年來(lái)的應(yīng)用需求，為解決系統(tǒng)體積、質(zhì)量方面的限制，小型、輕量化設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的發(fā)展方向。因此，針對(duì)采用較小F數(shù)的制冷探測(cè)器，設(shè)計(jì)一種輕小型、大相對(duì)孔徑的光學(xué)系統(tǒng)，在紅外變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)⒕哂休^高的應(yīng)用價(jià)值。

在紅外變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用光學(xué)補(bǔ)償方式的變焦系統(tǒng)較之機(jī)械補(bǔ)償方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此更易實(shí)現(xiàn)小型、輕量化的目的。根據(jù)Arthur Cox等人在美國(guó)專(zhuān)利7092150B1中的報(bào)道，設(shè)計(jì)了F數(shù)為4的光學(xué)補(bǔ)償中波紅外變焦系統(tǒng)，變倍比為4×，焦距變化范圍為50mm～200mm，使用了12片透鏡［1］。文獻(xiàn)［3］中設(shè)計(jì)了F數(shù)為2的光學(xué)補(bǔ)償變焦系統(tǒng)，變倍比為5×，采用了10片透鏡。通過(guò)這些文獻(xiàn)可知，由于光學(xué)補(bǔ)償變焦方式相對(duì)于機(jī)械補(bǔ)償方式而言，像差補(bǔ)償自由度較少，需采用較多的鏡片數(shù)量才能完成像差校正。而對(duì)采用較小F數(shù)制冷探測(cè)器的系統(tǒng)而言，大相對(duì)孔徑本身帶來(lái)的像差校正難度就很大，因此采用光學(xué)補(bǔ)償方式設(shè)計(jì)大相對(duì)孔徑制冷型變焦系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)小型、輕量化設(shè)計(jì)將是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

1 設(shè)計(jì)原理及參數(shù)

1.1 設(shè)計(jì)原理

本文設(shè)計(jì)要求采用F數(shù)為1.8的制冷型中波紅外焦平面探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)100%冷光闌匹配，整機(jī)長(zhǎng)度小于220mm，在滿足其他指標(biāo)的前提下質(zhì)量盡可能小，其他設(shè)計(jì)要求見(jiàn)表1所示?！?br>