一种长焦大变倍连续变焦光机组件结构设计及装调

介绍了一种基于长焦大变倍比连续变焦红外热像仪的结构设计及装调方法。可用于各类红外热像仪的变焦结构设计中,在保证图像清晰的前提下,能够明显改善连续变焦过程中的光轴晃动,提高红外热像仪的光轴一致性和光轴稳定性,控制焦距精度,降低红外热像仪装调难度。该结构采用双导轨配合步进电机组件化设计,相对于其他变焦结构的设计,该结构变焦过程中光轴一致性好,光轴晃动量小,通用性强。     

红外热像仪测温精度校准装置的建立及校准能力验证

红外热像仪广泛应用于质量控制、安全检测等领域,为保证其测温的准确可靠,建立了红外热像仪测温精度校准装置,并对该校准装置进行了重复性试验、稳定性考核以及测量不确定度评定,通过采用传递比较法验证了该校准装置校准结果的可信度和测量不确定度的合理性,从而验证了该校准装置的校准能力,即可以开展相应等级的红外热像仪的测温精度校准工作。     

高可靠性红外热像仪的设计方法

主要研究了红外热像仪可靠性的设计技术。分析了红外热像仪的常见故障,建立了红外热像仪典型的可靠性模型。理论分析了可靠性的主要限制因素及其影响程度,提出了高可靠性红外热像仪的设计方法,并给出了试验验证结果。最后对比介绍了国内外典型红外热像仪可靠性的增长情况。     

机载高分辨率连续变焦红外热像仪设计

针对中波640×512元红外焦平面探测器设计了一套1:20小型高分辨率连续变焦热像仪，对热像仪的光学系统和系统的灵敏度等进行了设计和计算。设计结果表明，连续变焦红外热像仪具有变倍比大、分辨率高、灵敏度高、体积小、像质好等特点，满足设计要求，可用于机载光电探测和跟踪系统。     

20~×长波红外连续变焦热像仪光机系统设计

一款长波红外热像仪具有20︰1的变倍比,采用机械补偿变焦方式实现热像仪18.5~367 mm范围内的连续变焦。本文对热像仪的连续变焦机构进行了设计。为保证光轴偏差满足要求,变焦机构内部的直线性和平行度、变焦机构与系统光轴间的平行度需进行精确调节。同时,通过调用温度补偿信息表可实现不同温度条件下的温度补偿和快速变焦,使热像仪具有较宽的温度范围。     

一种连续变焦凸轮优化设计及试验验证

具备连续变焦功能是目前先进红外热像仪的重要特征之一,而变焦凸轮是驱动连续变焦光学系统中各镜组运动的关键部件。为了设计出良好性能的变焦凸轮结构,本文首先应用动态光学理论推导出变焦光学系统的像移补偿组公式得到像移补偿组的轨迹曲线,然后利用序列二次规划法（sequential quadratic programming, SQP）优化算法来减小动态光学曲线的压力角,结合光机设计理论运用Creo进行凸轮曲线生成及凸轮槽切除从而获得变焦凸轮结构。再基于有限元分析理论对凸轮结构进行分析,最终通过变焦系统运动及成像结果确认本文方法可行。     

非制冷红外热像仪稳定性验证方法研究

非制冷红外热像仪随着环境温度、电源波动以及吸收红外辐射的增加,将会产生严重的温度漂移现象,这将影响到红外探测器的响应特性,从而导致输出信号受一定的影响。本文针对应用在测温检测方面的非制冷红外热像仪开展研究,提出了一种红外热像仪稳定性验证试验方法,并通过此方法对国内外多款非制冷红外热像仪进行了稳定性测试,绘制其输出信号随时间变化的曲线。根据稳定性情况确定针对热像仪温度漂移的温度补偿算法,提升应用产品的测温精度。     

紧凑低成本非制冷长波红外连续变焦光学设计

随着红外技术的快速发展,SWaP-C (尺寸小、质量轻、功耗低、成本低)概念已深入红外热像仪整机设计全过程。在非制冷连续变焦红外热像仪设计中,相对已模块化的非制冷探测器与成像电路、光学系统影响整机包络尺寸、产品质量及价格成本,因此设计一款总长短、质量轻、成本低、性能高的非制冷长波红外连续变焦光学系统将具有广阔的市场前景。非制冷长波红外连续变焦光学因相对孔径大、光学材料种类少等因素存在系统小型化和无热化设计难题,通过采用变F#设计方法约束物镜尺寸;利用三组联动变焦技术平衡像差、压缩系统总长;通过主动补偿的消热差技术使得系统在-40～+60℃温度范围成像质量良好,实现四片透镜构成的非制冷长波红外连续变焦光学系统设计。该系统工作波段为8～12μm,焦距变化范围为20.7～126 mm,对应F#为1.05～1.2,视场变化范围为21°×16.8°～3.5°×2.8°,变倍比为6.0×,最大物镜直径116 mm,光学系统总长180 mm,光学零件总质量418 g。该光学系统具有轻小型、高性能、低成本等SWaP-C特征,将在无人装备平台及手持热像仪设备中得到广泛应用。     

防辐射长波红外连续变焦光学系统设计

为解决在强辐射环境中使用红外热像仪时由辐射导致其性能退化迅速的技术问题,基于机械正组补偿式连续变焦结构形式,通过在后固定组中引入反射镜来形成折转式光学系统,避免后端探测器直面前方辐射射线。设计了一种工作波段为8～12 μm、F数为1.2、焦距为25～90 mm的非制冷红外连续变焦光学系统。结果表明,该系统结构合理、成像良好,在探测器对应的特征频率42 1p/mm处的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)值大于0.2,满足应用需求。加工装调后,经实际成像测试,验证了设计的准确性。     

高清晰大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计

随着红外热成像系统的不断发展,对红外光学系统也提出了更高的要求。为了满足红外探测器在军事方面的广泛应用,整机系统对高性能、大变倍的红外连续变焦光学系统的需求日益增强。针对高端中波制冷型640512 凝视焦平面探测器,设计了结构紧凑、性能优良的高清晰大变倍比机械补偿连续变焦光学系统。该系统工作波段为3.7耀4.8m,F 数为4,变倍比为35:1,变焦范围为15~550mm。该系统运用平滑换根理论,实现了超大变倍比的连续变焦光学系统设计,并且采用二次成像以及45反射镜对光路进行U 型折叠,在实现了冷屏效率100%的同时有效控制了该系统的横向和径向尺寸。采用光学设计软件CODE V 进行了仿真计算和像质评价,并绘制了该系统的变焦曲线。设计结果表明,该连续变焦光学系统具有分辨率高、变倍比大、结构紧凑、在全焦距范围内成像质量优良并且变焦轨迹平滑等优点,能够与高性能中波红外探测器匹配用于高端红外热成像系统。     

基于中波制冷型碲镉汞探测器的远距离探测/识别连续变焦热像仪

基于中波制冷型640 pixel512 pixel（15m）凝视焦平面探测器,设计了远距离探测/识别的高清晰大变倍比连续变焦热像仪。该热像仪变倍比为35,长焦处瞬时视场（IFOV）为0.027 mrad/pixel,在标准大气环境中观察视场角为3528,能够对4 m3 m2.3 m尺寸的车辆进行55 km处探测、15 km处识别（识别概率为50%）,满足现代光电武器系统的远距离作战需要。热像仪采用平滑的变倍-补偿曲线光学系统设计、单导轨/双滑块变焦结构技术、自适应伺服控制技术以及红外图像增强技术,获得了在整个大变倍比的连续变焦过程中图像始终清晰并且无间断点。在奈奎斯特频率处（18 cyc/mrad）进行最小可分辨温差（MRTD）测试,测试结果表明该热像仪性能优良,证明该热像仪的各项关键技术实现了从理论设计到整机系统的工程化研究。     

用于160×120元非制冷热像仪的红外连续变焦镜头

文中设计了一种用于非制冷焦平面热像仪的连续变焦镜头,并在此基础上编制了用于计算两组元连续变焦凸轮曲线的程序,该程序基于光学设计软件Code V的Macro语言,它可以直观描绘凸轮曲线的形状,为凸轮的设计与加工提供参考。     

变焦距镜头的凸轮优化设计

变焦距镜头由于其固有特点而得到越来越广泛的应用，目前，连续变焦的变焦距镜头普遍采用机械补偿型光学结构，其中的特定光学透镜组通过凸轮的驱动沿光轴连续移动，从而实现连续变焦，其可变组元数大多为二组或更多。变焦凸轮的优化是这现变焦距镜头光学设计像质目标和连续变焦过程的关键，军用变焦距镜头尤其应考虑其变焦运动的平滑性和变焦过程的快速性。简述某二可变组元机械补偿型变焦距镜头的凸轮优化方法，给出适合不同凸轮数据点数和二可变组无变焦距镜头光学设计使用的Macro-PLUS凸轮优化宏程序主体。     

红外系统变倍机构研究与分析

红外系统具有成像质量好、探测灵敏度高、信噪比高、抗干扰能力强以及探测距离远等优点,在军事、民用等各个领域得到广泛应用。红外系统对目标进行搜索与探测时,对多视场或连续变焦光学系统的需求日益增强,其中一个措施就是改变两个或两个以上透镜在光学系统中的位置,从而改变光学系统的焦距。从机械设计的角度出发,对几种变倍机构的构型、工作方式及设计要点进行较详细的说明,给出其各自的适用范围和优缺点,为红外热像仪的工程设计提供参考和依据。     

大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计

针对中波制冷型640512凝视焦平面探测器,设计了一个大变倍比中波红外连续变焦光学系统。该系统采用三次成像技术,其工作波段为3.7~4.8 m,F数为4,变倍比为30:1,可实现23~701 mm连续变焦,变焦轨迹平滑,满足100%冷光阑效率。该系统采用硅、锗和硒化锌三种红外材料,通过引入非球面和衍射面来校正系统的轴外像差和高级像差。系统在30 lp/mm处,全焦距范围内调制传递函数（MTF）均在0.15以上,接近衍射极限。设计结果表明,大变倍比中波红外连续变焦光学系统具有变倍比大、分辨率高、结构紧凑、像质好等优点。