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可见/中波双波段共口径光学系统设计

韩培仙 任戈 刘永 郭骏立 周建伟 崔占刚

韩培仙, 任戈, 刘永, 郭骏立, 周建伟, 崔占刚. 可见/中波双波段共口径光学系统设计[J]. 应用光学, 2020, 41(3): 435-440. doi: 10.5768/JAO202041.0301001
引用本文: 韩培仙, 任戈, 刘永, 郭骏立, 周建伟, 崔占刚. 可见/中波双波段共口径光学系统设计[J]. 应用光学, 2020, 41(3): 435-440. doi: 10.5768/JAO202041.0301001
HAN Peixian, REN Ge, LIU Yong, GUO Junli, ZHOU Jianwei, CUI Zhangang. Optical design of VIS/MWIR dual-band common-aperture system[J]. Journal of Applied Optics, 2020, 41(3): 435-440. doi: 10.5768/JAO202041.0301001
Citation: HAN Peixian, REN Ge, LIU Yong, GUO Junli, ZHOU Jianwei, CUI Zhangang. Optical design of VIS/MWIR dual-band common-aperture system[J]. Journal of Applied Optics, 2020, 41(3): 435-440. doi: 10.5768/JAO202041.0301001

可见/中波双波段共口径光学系统设计

doi: 10.5768/JAO202041.0301001
基金项目: 国家自然科学基金(61775239);四川省杰出青年科学基金(2019JDJQ0012);中国科学院青年创新促进会基金(2018411);中国科学院西部之光引进人才项目;四川省“千人计划”项目
详细信息
    作者简介:

    韩培仙(1990−),女,博士研究生,助理研究员,主要从事光学系统设计及杂散光分析等方面的研究。E-mail:jane1129@163.com

  • 中图分类号: TN202;TH703

Optical design of VIS/MWIR dual-band common-aperture system

  • 摘要: 为了提高光电探测设备目标探测与识别的能力,设计了一套可见/中波双波段共口径光学系统。根据实际工程经验总结了一套分段设计、组合优化的光学设计方法,通过合理地分配光焦度,分段选择合适的初始结构,再现了双波段共口径光学系统初始结构的设计过程;结合CodeV和TracePro软件量化了制冷型中波红外探测系统的冷反射现象,并且通过外场试验成像验证了分析结论的正确性。双波段共口径光学系统最大视场达到1.25°,畸变小于0.1%,可以在环境温度−30 ℃~50 ℃下工作,中波红外探测系统实现了100%冷光阑匹配,可见光探测系统可以实现大、小视场的切换,双波段成像系统具有调焦、调光功能。该系统成像质量良好、可加工性好、装配难度小、工程可实施性强。
  • 图  1  光学系统结构布局

    Fig.  1  Layout of optical system

    图  2  可见光学系统光路布局

    Fig.  2  Layout of visible optical system optical path

    图  3  可见波段缩束系统光路图

    Fig.  3  Layout of visible beam shrinking system optical path

    图  4  中波红外系统光路布局

    Fig.  4  Layout of MWIR optical system optical path

    图  5  双波段共口径光学系统结构图

    Fig.  5  Layout of dual-band common-aperture optical system

    图  6  双波段共口径光学系统MTF曲线

    Fig.  6  MTF curves of dual-band common-aperture optical system

    图  7  双波段共口径光学系统畸变曲线

    Fig.  7  Distortion curves of dual-band common-aperture optical system

    图  8  中波红外探测系统光机模型

    Fig.  8  Optical and mechanical mode of MWIR detection system

    图  9  像面平均辐照度图

    Fig.  9  Image surface average irradiance diagram

    图  10  中波红外探测系统外场拍摄图片

    Fig.  10  Field test picture of MWIR detection system

    表  1  主系统的初始结构参数

    Table  1  Initial structural parameters of primary optical system

    参量R1R2K1K2d
    数值−1 350−434.286−1−2.498 7−513
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  • [1] 张振轩, 雷有生, 马佳光, 等. 778光电经纬仪总体设计[J]. 光电工程,1986,13(1):1-17.

    ZHANG Zhenxuan, LEI Youshen, MA Jiaguang, et al. Overall design of 778 opto-electronic theodolite[J]. Opto-electronic Engineering,1986,13(1):1-17.
    [2] 程景全. 天文望远镜原理和设计[M]. 北京: 中国科学技术出版社, 2002.

    CHENG Jingquan. Principles of astronomical telescope design [M]. Beijing: China Science and Technology Press, 2002.
    [3] 邢振冲. 灵巧型长焦多波段共口径光学系统的研究[D]. 北京: 中国科学院大学, 2018.

    XING Zhenchong. Research on miniature telefocal multiband common aperture optical system [D]. Beijing: Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, 2018.
    [4] 陈娟, 郭劲. 现代靶场光电测量工程的发展现状[J]. 光机电信息,2002(1):22-27. doi: 10.3969/j.issn.1007-1180.2002.01.004

    CHEN Juan, GUO Jin. The present situation of the development of the photoelectric measurement project in the modern range[J]. OME Information,2002(1):22-27. doi: 10.3969/j.issn.1007-1180.2002.01.004
    [5] 刘钧, 陈阳. 可见光/红外双波段大视场共口径齐焦光学系统[J]. 西安工业大学学报,2014,34(2):87-93.

    LIU Jun, CHEN Yang. Visible/infrared dual-band large field shared-aperture and parfocal optical system[J]. Journal of Xi’an Technological University,2014,34(2):87-93.
    [6] 郭钰琳, 于洵, 蔡珂珺, 等. 可见光/中波红外双波段共口径光学系统设计[J]. 红外技术,2018,40(2):125-132.

    GUO Yulin, YU Xun, CAI Kejun. Optical design of TV/IR dual-band common-aperture system[J]. Infrared Technology,2018,40(2):125-132.
    [7] 刘莹奇. 轻型车载大口径光电跟测光学设计[J]. 光学技术,2012,38(5):583-587.

    LIU Yingqi. Optical design of electro-optical vehicle-based tracking system with large aperture and lightweight[J]. Optical Technique,2012,38(5):583-587.
    [8] 韩培仙, 金光, 钟兴. 一种新型微小视频卫星光学系统设计[J]. 应用光学,2015,36(5):691-697. doi: 10.5768/JAO201536.0501005

    HAN Peixian, JING Guang, ZHONG Xing. Design of new type of micro video-capable satellite optical system[J]. Journal of Applied Optics,2015,36(5):691-697. doi: 10.5768/JAO201536.0501005
    [9] 白瑜, 邢廷文, 蒋亚东, 等. 长焦距高分辨率红外两档变焦光学系统设计[J]. 红外与激光工程,2014,43(8):2590-2594.

    BAI Yu, XING Tingwen, JIANG Yadong, et al. Design of infrared dual field of view optical system with long focal length and high resolution[J]. Infrared and Laser Engineering,2014,43(8):2590-2594.
    [10] 余怀之. 红外光学材料[M]. 北京: 国防工业出版社, 2007.

    YU Huaizhi. Infrared optical material [M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2017.
    [11] ATAD-ETTEDGUI E, WORSWICK S P. Optical design concept of the 4-m visible and infrared survey telescope for astronomy[J]. SPIE,2003,4842:95-105.
    [12] TIAN Qijie, CHANG Songtao, LI Zhou, et al. A method to measure internal stray radiation of cryogenic infrared imaging systems under various ambient temperatures[J]. Infrared Physics & Technology,2017,81:1-6.
    [13] CHANG Songtao, ZHANG Yaoyu, SUN Zhiyuan, et al. Method to remove the effect of ambient temperature on radiometric calibration[J]. Applied Optics,2014,53(27):6274-6282. doi: 10.1364/AO.53.006274
    [14] BREAULT R P. Problems and techniques in stray radiation suppression[J]. SPIE,1977,107:2-23.
    [15] 张鹏, 罗长江, 熊钟秀. 制冷型红外光学系统冷反射的逆光路分析[J]. 电光与控制,2013,20(6):66-69. doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2013.06.015

    ZHANG Peng, LUO Changjiang, XIONG Zhongxiu. Analysis of inverse path tracing rays of narcissus for cooled infrared optical system[J]. Electronics Optics & Control,2013,20(6):66-69. doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2013.06.015
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-26
  • 修回日期:  2019-09-15
  • 刊出日期:  2020-05-01

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