一種工作于長波紅外波段的40×成像物鏡設計

李錦程，謝洪波，楊 磊，陳 卉，孫毅軒

（天津大學 精密儀器與光電子工程學院，光電信息技術教育部重點實驗室，天津 300072）

引言

隨著紅外成像技術的高速發展，紅外成像系統對高分辨率成像和大范圍探測的需求日益增大[1-3]。相較于可見光成像，紅外成像擁有全天時工作、探測靈敏度高等優勢[4]。通常來說，長焦系統擁有較小的視場和較高的空間分辨率，廣角系統擁有較大的視場，但是空間分辨率較低[5]。為了同時具備長焦和廣角的成像性能，需要設計變焦紅外系統實現尋找目標和跟蹤目標之間的功能切換[6]。

長波紅外成像系統由于工作波長較長，其衍射極限分辨率相對較低，若要提高成像清晰度，必須減小其F數，增大系統的通光口徑[7]。本文基于機械正組補償法變焦理論，采用浮動光闌設計思路，在長焦結構中將光闌設置在前固定組的前表面，在廣角結構中將光闌設置在變倍組和補償組之間，在變焦的同時依靠光闌位置的變化來同時滿足大孔徑與高變倍比的要求，并保持了傳統光學系統的簡單一次成像結構[8]。

基于以上思路，本文設計了一款F數為1.2，變倍比為40×的長波紅外成像系統，并對其進行了?40 ℃～60 ℃的消熱差設計[9-10]，適配于像元尺寸為12 μm、分辨率為640×512 pixel 的長波紅外非制冷型探測器，系統截止頻率為41 lp/mm。

1 理論基礎

變焦系統的主要目的是通過調節焦距來改變成像放大率，從而進一步改變物方視野大小[11]。一般的變焦系統分為前固定組、變倍組、補償組和后固定組4 個組分結構，通過改變4 個組分結構之間的相對位置來實現變焦功能[12]。……