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红外变焦距光学系统设计

王梓萤  
【摘要】:高性能的变焦镜头在民用和军用方面都有重要的应用价值.例如,变焦距镜头可以实现对景物的不同拍摄,这一特点被广泛的应用于数码相机中,而在军事上对于目标的探测与识别是变焦距镜头的功能。红外光学系统接收目标的红外辐射,从而探测目标,识别目标。因此整个红外变焦距系统成像质量的好坏是至关重要的。 本文根据长波红外变焦距光学系统的技术指标要求,基于光学设计软件ZEMAX,设计了一种红外变焦距头光学系统,该系统采用前固定组,变倍组,补偿组和后固定组的结构形式。适用于长波8μm~12μm的系统成像,具有15倍大变倍比。采用负组补偿的方式进行变焦距运动,设计的结果为:当截止频率为11mm/1p时,MTF曲线大于0.7,全视场为0.6,且四个视场的波像差均小于0.25入,满足设计指标要求。 考虑到加工装调,以及生产成本等因素,进一步改进了系统的结构。在像差的大的面上引入了非球面,通过最非球面的使用使像质有了改善。红外系统只有一种材料引起了色差,为了消除色差又引入了一种新的红外材料,并在此基础上把非球面由球面镜替代,大大降低了加工装调的难度,不仅节约了成本,减低了系统的重量,也使整个系统的结构更加紧凑。该改进后的系统设计结果为:当截止频率为11mm/p时,四个视场的MTF曲线均接近等于0.7,接近衍射极限。各个视场的RMS半径分别为:17.479μm、18.638μm、21.348μm、27.624μm。波相差小于0.038入,均满足成像质量以及设计指标要求。


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