第４ｌ卷第５期 Ｖｏ１．４１ ＮＯ．５ 红外与激光工程 Ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年５月 Ｍａｖ．２０１２ 中波和长波红外双波段消热差光学系统设计 张春艳，沈为民 （苏州大学现代光学技术研究所，江苏苏州２１５００６） 摘 要：为了有效提高目标的红外探测与识别能力，设计了能同时对高温和常温目标成像的中波和 长波红外双波段消热差光学系统。所设计的光学系统采用柯克型结构，视场、有效焦距和相对孔径分 别为５．５。×４．４。、１００ ｉｎｉｎ和Ｆ／２，工作波段覆盖中波红外（波长３～５ Ｉｘｍ）和长波红￣（８－１２ ｍ）。通过 采用光学被动消热差方法，优化设计的镜头可工作于一６０～８０℃的环境温度，奈奎斯特频率处的调制传 递函数（ＭＴＦ）值变化小于０．０５。该镜头使用Ｇｅ、ＺｎＳｅ和ＺｎＳ ３种红外材料，具有后工作距大、１００％冷 光阑效率等特点。 关键词：红外双波段； 消热差； 柯克型结构 中图分类号：０４３ 文献标志码：Ａ 文章编号：ｌ００７—２２７６（２０ｌ２）０５—１３２３—０６ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ ａｔｈｅｒｍａｌｉｚｅｄ ＭＷＩＲ ａｎｄ ＬＷＩＲ ｄｕａｌ・ｂａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ Ｚｈａｎｇ Ｃｈｕｎｙａｎ，Ｓｈｅｎ Ｗｅｉｍｉｎ （Ｍｏｄｅｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｏｏｃｈｏｗ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ ２１５００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＩＲ ｉｍａｇｅｒｓ，ａｎ ａｔｈｅｒｍａｌｉｚｅｄ ＭＷｌＲ ａｎｄ ＬＷｌＲ ｄｕａｌ—ｂａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｉｍａｇｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｎｏｒｍａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｂｊｅｃｔｓ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｄ Ｃｏｏｋｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｔｓ ｆｕｌｌ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ，ａｎｄ Ｆ ｎｕｍｂｅｒ ｗｅｒｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ５．５。ｘ４．４。，１００ ＩＴＩＩＴＩ， ｎｄ ２．Ｉａｔｓ ｗｏｒｋ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒｎｇｅｄ ｂｏｔａｈ ｍｉｄｄｌｅ ａｎｄ ｌｏｎｇ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｉｎｆｒａｒｅｄ （ＭＷＩＲ ａｎｄ ＬＷＩＲ，ｉ．ｅ． ３－５ ｍ ａｎｄ ８－１２ ｍ）．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｓｓｉｖｅ ａｔｈｅｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ一６０－８０ｏＣ，ａｎｄ ｉｔｓ ＭＴＦ ｖａｌｕｅ ａｔ Ｎｙｑｕｉｓｔ ｒｆｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｎｇｅｄ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ０．０５．Ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ ｏｆ ｆｏｕｒ ｌｅｎｓｅｓ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ Ｇｅ．ＺｎＳｅ ａｎｄ ＺｎＳ． Ｉｔ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂａｃｋ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ １００％ｃｏｌｄ ｓｈｉｅｌｄ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ．ｆ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｕａ１ ｂａｎｄ； ａｔｈｅｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ； Ｃｏｏｋｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 收稿１３期：２０１１—０９—２０； 修订日期：２０１１—１０—１７ 基金项目：国家９７３计划（６１３１１３）；国家自然科学基金（６１０７８０４３） 作者简介：张春艳（１９８６－），女，硕士生，主要从事光学设计与仪器光学等方面的研究。Ｅｍａｉｌ：ｚｃｙ．ｃｙｚ４４＠１６３．ｃｏｍ 导师简介：沈为民（１９６３一），男，研究员，博士生导师，博士，主要从事光学设计与仪器光学等方面的研究。Ｅｍａｉｌ：ｓｗｍ＠ｓｕｄａ．ｅｄｕ．ｃａ １３２４ 红外与激光工程 第４１卷 Ｏ引言 红外成像基于目标与背景辐射度的不同，根据 普朗克黑体辐射定律，波长３－５ ｍ的中波红外主要 用于观测高温事件，波长８～１２岬的长波红外用于 探测常温物体轮廓，结合这两个波段的成像特点，可 提高目标的探测及识别能力。对这两个红外波段同 时敏感的探测器阵列有双波段碲镉汞焦平面阵列和 量子阱红外光电探测器阵列［１］，已相对成熟的碲镉 汞焦平面阵列居多，美国ＦＬＩＲ系统公司和法国 Ｓｏｆｔａｄｉｒ公司已将这种双波段探测器用于功能增强 型红外双波段军用摄像机；且在红外侦察、预警探 测、精确制导、光电对抗等领域都有着广泛的应用前 景 ～１。相应地，需要设计和研制高性能红外双波段 光学系统。 红外光学材料对环境温度较敏感，环境温度变 化会引起红外光学系统的焦距、像面位置及像差的 变化，成像质量下降，这种由温度变化导致的成像质 量差异称为热像差 】，简称热差。为了能在宽温度变 化环境中工作，得到较好的成像质量，需进行消热差 研究和设计。目前，消热差方法主要有机电主动式、 机械被动式和光学被动式 １，光学被动式消热差方 法以其质量小、无功耗、可靠性高等特点已成为光学 系统消热差的首选方法，通过匹配透镜与镜头结构 件的热性能消除热差。Ｔａｍａｇａｗａ￣ 等通过引入色差 系数和热差系数，使用投影无热差图对红外光学系 统的消热差问题进行了研究。杨新军 等选用硅和 锗设计了匹兹万型结构红外双波段消热差光学系 统，其不足之处是场曲校正困难，且硅材料在大于 １１ Ｉｘｍ的波段上性能不稳定。白剑 和刘琳ｎ”等运 用衍射元件研究了中波红外光学系统的消热差问 题。孙强 等采用谐衍射元件设计了红外双波段消 热差光学系统，受衍射效率的，使用波段较窄。 文中研究了柯克三片型折射式中波／长波红外 双波段消热差光学系统，场曲校正优于匹兹万结构， 通过选用合适的红外光学材料实现了一６０￣８０℃的宽 温度范围消热差，采用非球面校正因相对口径增大 引起的高级像差，且孔径光阑设置在冷屏上，保证在 所有视场１００％的冷光阑效率，具有后工作距大的优 点，便于在像面与镜头之间插入滤光片和分束器等 光学元件。 １技术指标要求 光学系统所成的像被中波和长波红外双波段 ＨｇＣｄＴｅ探测器接受，所选探测器的像元数为３２０ｘ ２５６，像元尺寸为３０ ｉｘｍｘ３０ Ｉ．ｚｍ，即要求光学系统所 成像高（Ｈ）为６．１４７ ｍｍ。所要设计的光学系统的指标 要求如表ｌ所列，要求对５．５。ｘ４．４。视场范围内的景 物成像，即全视场角（２ｔｏ）为７．ｏ４。。可由公式（１）计算 得到镜头的有效焦距．厂为１００ｍｍ。 ＿『 １００ｍｍ （１） ｔａｎ６ｏ 、 表１技术指标 Ｔａｂ．】Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｎｄｅｘ Ｗｏｒｋ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｐ￣ｍ ３—５ ａｎｄ８一ｌ２ ＦＯＷ（。） ５．５ｘ４．４ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｌｅｎｇｔｈ／ｍｍ １００ Ｆ／Ｎｏ． Ｆｆ２ Ｅｎｔｒａｎｃｅ ｐｕｐｉｌ ｄｉａｍｅｔｅｒ／ｍｍ ５０ Ｃｏｌｄ ｓｈｉｅｌｄ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ １０ＨＤ％ Ｖｉｇｎｅｕｉｎｇ Ｎｏｎｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｎｇｅ／￣Ｃ 一６０—８０ ＭＴＦ ＞０．４ Ｒｅ】ａｔｉｖｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ＜２％ 考虑到探测器的感光灵敏度，要求光学系统的 Ｆ数等于２，即要求人瞳直径为５０ ｍ／ｉｉ。为了避免环 境红外辐射对图像信号噪声比的影响，要求冷光阑 效率达到或接近１００％，且无渐晕。 为了获得良好的图像质量，考虑到焦平面探测 器的调制传递函数特性后，要求光学系统能够适 应一６０～８０℃的环境温度，其调制传递函数（ＭＴＦ）在 ｌ６．７ ｌｐ／ｍｍ奈奎斯特空间频率处的值高于０．４，且相 对畸变小于２％。 ２设计思想 根据上节所述视场角、焦距和相对孔径的要求， 光学系统可选用匹兹万结构，参考文献【９】通过应用 锗和硅在两个波段上的色差系数成比例关系，设计 第５期 张春艳等：中波和长波红外双波段消热差光学系统设计 １３２５ 了成像质量良好的匹兹万型消热差镜头，设计的波 段与文中设计的工作波段相比较短，后工作距离不 大。然而，匹兹万系统由前后分离的两组正光焦度透 轴上视场近轴孔径光线在第ｉ个透镜上的入射高 度；Ｃ 和Ｃ 分别为透镜在工作波段ｌ（波长３－５ ｍ） 和工作波段２（波长８－１２ ｍ）上的归化色差系数， 镜组成，一般无法校正场曲和难以进一步提高成像 质量。另外，匹兹万系统的后工作距离较小，要对所 其值为阿贝数的倒数；Ｔ为透镜的归化热差系数， 其定义为： 有视场获得１００％的冷光阑效率也是相当困难的。为 此，文中的设计选用后工作距离大的柯克三片型结 ｎ学一 一１ 一 （６） 构，如图１所示。系统由正、负、正光焦度透镜组 成，具有的可变参数恰好能校正全部初级像差，一 般能够做到适用于全视场角４０。－５０。、相对孔径约 为Ｆ／４～Ｆ／５的系统。文中设计的光学系统的视场远 小于４０。，可望通过牺牲视场角来提高光学系统的 相对孔径，并满足其要求。为了校正场曲，中间负透 镜选用低折射率材料；为了校正随着镜头的相对孔 径增大所带来的高级像差，前组用两块密接分离透 镜。将孔径光栏设置在探测器的冷屏上，以获得 １００％的冷光阑效率。文中尝试此三片型结构红外双 波段系统的设计。 图１柯克三片式结构 Ｆｉｇ．１ Ｃｏｏｋｅ ｔｒｉｐｌｅｔ ｌａｙｏｕｔ 为了便红外双波段光学系统达到Ｉ司时消热差和 消色差的目的，必须选择合适的透镜光学材料和镜头 机械结构材料组合。而透镜材料的参数必须满足光焦 度、双波段消位置色差及双波段消热差的要求，参考 文献［９一ｌ２】给出了具体表达式，分别如公式（２）一（５）： ＝ （ ） （２） ＝（ ） （ （３） △，２ ＝（古） （ （４） ０Ｔ ｈ：一（士） Ｔ ∑（ｆ ２ ） （５）式中：下标ｉ表示第ｉ块透镜； 为系统总的光焦度； ｋ为透镜总数目； 为第ｉ个透镜的光焦度；ｈ表示 式中：ｎ为透镜材料的折射率；ｄｎ／ｄｔ为折射率随温度 的变化率；Ｏ／ 为透镜材料的热膨胀系数；，ｂ为系统的 后焦距。当公式（３）一（５）等于零时，即满足消色差及消 热差的条件。 在选择透镜材料时，首先考虑光焦度和消色差 的要求，即满足公式（２）～（４）。具体地，将常用的红外 光学材料表示在色差图上，如图２所示，其横坐标和 图２常用红外材料的色差图 Ｆｉｇ．２ Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｕｓｕａｌ ＩＲ ｍａｔｅｒｉａｌｓ 纵坐标分别为材料的中波红外和长波红外归化色差 系数。由于光学系统的单色像差与透镜的光焦度成 正比，为了减轻系统消除单色像差的压力，期望所有 透镜的光焦度绝对值尽可能小。各个透镜Ｚ１、 和 的光焦度大小满足公式（７）： Ａ０ｚ。ｚ， １ —ＳＡ—Ａ ｚ ￣ｚ２ｚ３ＳＡＯＺＩＺ３ ＝ 式中： 、 和 。分别为透镜Ｚｌ、 和Ｚ３的光焦度 大小；Ｓ为各三角形面积。 因此，希望Ｚｌ、 、 组成的三角形面积较大，且 形状不宜扁平，又考虑到材料的可用性及成本，故选 用Ｇｅ、ＺｎＳ和ＺｎＳｅ３种材料。 １３２６ 红外与激光工程 第４ｌ卷 在满足光焦度分配和消色差要求的前提下考虑 系统的消热差要求，即同时满足公式（２）～（５），为此至 少需要４块透镜。对于公式（５），通常情况下假设可 以忽略各透镜间的空气间隔随温度变化田 ，当机械 双波段消热差成像光学系统如图３所示。图中，从前 往后依次为Ｇｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ和ＺｎＳｅ。第一个镜片的后 表面和第三个镜片的前表面均使用非球面，二次曲面 系数分别为２．２２５和一５．３７６，６次非球面系数分别为 一结构件选用同一材料时，使得透镜材料的热差系数 引起的离焦与镜头机械结构材料热膨胀系数导致的 像面移动相一致，达到系统的消热差性，则需满足 ｋ ｈ ２ 一 １．６８Ｅ一１２和一６．１５Ｅ－１１，这两个非球面可用点加工金 刚石车床切削法进行制造。目前点加工金刚石车床切 削法的ＰＶ值精度可达０．５ Ｉｘｍ，文中采用的非球面的 面形随机公差为１／６个检测波长（波长为０．６３２８ ｔＬｍ）， （｝）Ｔｉ ＝ ＾ （８） ｉ＝Ｉ ｆｔ１ 式中： 为机械结构件材料的热膨胀系数。 指标要求系统的相对孔径达Ｆ／２，高于传统柯克 结构适用的相对孔径，会引起高级球差与彗差的增 大。一般可通过光学系统复杂化来校正，考虑到红外 材料成本和透过率，应尽可能少地使用透镜，因此， 采用光学非球面来校正大相对孔径引起的球差与彗 差可有效校正和平衡初级及高级像差。考虑到便于 非球面面形检测，尽量将非球面应用在透镜的凹面。 ３设计结果 由于选用的３种材料中ＺｎＳ的折射率最低，考 虑到场曲及色差的校正，ＺｎＳ放在中间做负透镜。传 统的三片型系统中，一般前、后正透镜对称，文中讨 论的系统由于相对口径较大，又考虑到消色差和消 热差的要求，前组透镜选用Ｇｅ和ＺｎＳｅ。考虑到系统 的经济性，机械结构件采用金属铝，其热膨胀系数为 ２３．６ｘ１０－６／℃。为了使红外光学系统能够达到１００％ 的冷光阑效率，孔径光阑设置在像面之前２６ ｍｉｎ 处，后工作距离应至少略大于２６ｍｍ。 在求初始结构时，把前组两块透镜看作密接，两 者间隔可忽略不计，同时考虑到使各个透镜上表面上 的入射光线和出射光线的偏折较小，取ｈ ｈ ，ｈ３＝ ０．８，ｚ ，，ｚ ＝０．８３ｈ ，代入公式（２）、（３）、（４）、（８）中，利用总 光焦度为０．０１以及 为２３．６ｘｌ０－６ＦＣ，得到系统各个 透镜的光焦度为－０．００６５，０．０１２ ｌ，－０．０１５９，０．０２０６。前 后两组的透镜可按一般柯克三片式系统中的平凸透 镜输入曲率半径，中间组为双凹型。假设透镜组间的 厶一厶 间距相等，则ｄ。。＝ｄｓ４＝ ３５・７ｉｉｌｎａ。设置合 理的品质函数，优化设计镜头。 运用Ｚｅｍａｘ光学设计软件优化设计得到的红外 相应的非球面ＰＶ值不到１ Ｉｘｍ，引起的ＭＴＦ值相对 降低１５％。光学系统的主要参数见表２。与匹兹万型 系统相比 埘，后工作距离较长，有利于冷屏的放置。 Ｌｅｎｓ ２ ｎｓｑ 、Ｌ ７ ～～ ｌ 三三 Ｓｔ。 ，ｇｅ Ｉ 二：墓习 １７ ／， 图３红外双波段光学系统光路图 Ｆｉｇ．３ Ｏｐｔｉｃａｌ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ＩＲ ｄｕａｌ・ｂａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ 表２红外双波段光学系统参数 Ｔａｂ．２ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＩＲ ｄｕａｌ－ｂａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｖａｌｕｅ Ｗｏｒｋ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｉｘｍ ＦＯＷ（。） Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｌｅｎｇｔｈ／ｍｍ Ｆ／Ｎｏ． Ｉｍａｇｅ ｓｉｚｅ／ｍｍ Ⅲ Ｏｐｔｉｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ／ｍｍ Ａｐｅｒｔｕｒｅ／ｍｍ Ｂａｃｋ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ／ｍｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｎｇｅ／￣Ｃ 图４一图６分别为常温２０℃下此红外双波段系 统的点列图、畸变曲线和ＭＴＦ曲线，用来评价系统 的成像性能。 图４中的圆表示此光学系统的爱里斑大小，点列 图的ＲＭＳ半径接近单个探测器像元大ｄｘ（３０ ｍ）。由 图５可见，相对畸变绝对值小于０．２％，远小于要求的 ２％。由图６可知，系统在奈奎斯特频率１６．７ｌｐ／ｍｍ处 的ＭＴＦ值接近０．５。 一 第５期 张春艳等：中波和长波红外双波段消热差光学系统设计 ＿Ｌ苫 ｏＢＪ：０，０００ ０。 ７６Ｏ ０ｏ … １３２７ ．ｌ ０ Ｔ●●，， ●● ●●●，， ●●寸 （１．８ 上＿０．６ ｏＢＪ：２．４６４ ０。 ００ｏ 主 ０．４ Ｏ ２ ０ Ｏ ３．３７ ６ ６８ １０ ８３ １ ３ ３６ １６．７０ Ｓｐａｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ｃｙｃｊｃｓ・Ｉｌｑｍ。。 图４点列图 ＠～ Ｆｉｇ．４ Ｓｐｏｔ ｄｉａｇｒａｍ 一 一一～ 图６调制传递函数曲线 Ｆｉｇ．６ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅｓ 借助Ｚｅｍａｘ软件模拟光学系统的环境温度变 化，分析得到两个不同波段下的ＭＴＦ曲线随温度的 变化如图７和图８所示。一６０℃、２０℃和８０℃下，在奈 奎斯特频率１６．７ ｌｐ／ｍｍ处的ＭＴＦ值如表３所列。可 见两个波段在－６０－８０℃温度范围内，中波和长波红 ０ ２％０ ０．２％ 图５畸变曲线 Ｆｉｇ．５ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅｓ １ ０ 外在ｌ６．７ｌｐ／ｍｍ处的ＭＴＦ值变化为０．０２，表明设计 的镜头具有良好的消热差能力。 ０ ８ ０ ６ ０．４ 羔 ０ ２ ０ ３．３７ Ｓｐａｔｉａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ｃｙｃｌｅｓ ｍｉｌｌ ６ ６８ ｌ ０ ８３ １ ３ ３６ １６ ７０ Ｓｐａｔｉａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ｃｙｃｌｅｓ‘ｍｌｒｌ Ｓｐａｔｉａｌ ｆｒ０ｑｕｅｎｃｙ／ｃｙｃｌｅ ｓ’ｎｌｍ （ａ）一６０℃时中波红外ＭＴＦ曲线 （ａ）ＭＴＦ ｃｕｒｖｅｓ ｉｎ ＭＷＩＲ ａｔ一６０℃ （ｂ）２０℃时中波红外ＭＴＦ曲线 （ｂ）ＭＴＦ ｃｕｒｖｅｓ ｉｎ ＭＷＩＲ ａｔ ２０℃ （ｃ）８０℃时中波红外ＭＴＦ曲线 （Ｃ）ＭＴＦ ｃｕｒｖｅｓ ｉｎ ＭＷＩＲ ａｔ ８Ｏ℃ 图７不同温度下的中波红外ＭＴＦ曲线 Ｆｉｇ．７ ＭＴＦ ｃｕｒｖｅｓ ｉｎ ＭＷＩＲ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ 上 ｌ兰 Ｓｐａｔｉａｌ矗。ｑｕｅｎｃｙ，ｃｙｃｌｅｓ ｎｌＩｌｌ Ｓｐａｔｉａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ｃｙｃｌｅｓ １１１ｉｎ Ｓｐａｔｉａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ｃｙｃ１ｅｓ ｍｌ３ｑ （ａ）一６Ｏ℃时长波红外ＭＴＦ曲线 （ａ）ＭＴＦ ｃｕｒｖｅｓ ｉｎ ＬＷ／Ｒ ａｔ一６０℃ （ｂ）２０℃时长波红外ＭＴＦ曲线 （ｂ）ＭＴＦ ｃｕｒｖｅｓ ｉｎ ＬＷＩＲ ａｔ ２０ ｏＣ （ｃ）８０℃时长波红外ＭＴＦ曲线 （ｃ）ＭＴＦ ｃｕｒｖｅｓ ｉｎ ＬＷＩＲ ａｔ ８（】℃ 图８不同温度下的长波红外ＭＴＦ曲线 Ｆｉｇ．８ ＭＴＦ Ｃｕｒｖｅｓ ｉｎ ＬＷＩＲ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ １３２８ 红外与激光工程 第４ｌ巷 表３中波和长波红外在各温度下的ＭＴＦ值 Ｔａｂ．３ ＭＴＦ ｖａｌｕｅｓ ｉｎ ＭＷＩＲ ａｎｄ ＬＷＩＲ ａｔ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ４结论 根据中波和长波红外的成像特性以及红外材 料的热敏感性，利用光学被动消热差方法设计了柯 克三片型中波／长波红外双波段消热差光学系统， 满足技术指标的要求。该系统使用两个非球面，可 用点加工金刚石车床切削法进行制造。此光学系统 可工作于环境温度一６０－８０℃下，具有后工作距离 大、１００％的冷光阑效率等特点，可望用于红外双色 导引头上。 参考文献： ［１］Ｄｉｎｇ Ｒｕ￣ｕｎ，Ｙｅ Ｚｈｅｎｈｕａ，Ｚｈｏｕ Ｗｅｎｂｏ，ｅｔ ａ１．Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｗｏ—ｃｏｌｏｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙｓ［Ｊ］．Ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，３７（１）：１４—１７，２９．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 丁瑞军，叶振华，周文波，等．双色红外焦平面研究进展 ［Ｊ］．红外与激光工程，２００８，３７（１）：１４－１７，２９． ［２］Ｌｉｕ Ｗｕ，Ｓｕｎ Ｇｕｏｚｈｅｎｇ．Ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｑｕｏ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ—ｃｏｌｏｒ ＩＲ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙｓ［Ｊ］．Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，２６（３）：１－４，１０． （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 刘武，孙国正．多色红外焦平面器件的现状、发展趋势及 军事应用分析【Ｊ】．红外技术，２００４，２６（３）：１－４，１０． 【３】 Ｃａｉ Ｙｉ．Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｗｏ—ｃｏｌｏｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ【ＪＪ．Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９７，１９（５）：ｌ＿＿４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 蔡毅．双色红外探测器的现状与发展【Ｊ】，红外技术， １９９７．１９（５１：ｌ一４． 【４】Ｌｉ Ｌｉｊｕａｎ，Ｈｕａｎｇ Ｓｈｉｋｅ，Ｃｈｅｎ Ｂａｏｇｕｏ．Ｄｕａｌ ｂａｎｄ ＩＲ ｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｕｎｔｅｒ—ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｌａｓｅｒ＆ Ｉｎｆｒａｒｅｄ，２００６，３６（２）：１４１—１４３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 李丽娟，黄士科，陈宝国．双色红外成像抗干扰技术［Ｊ］．激 光与红外，２００６，３６（２）：１４１—１４３． ［５］ Ｊｉｎ Ｌｅｔｉｎａ，Ｈｕ Ｙｕｘｉ，Ｙａｎｇ Ｊｉｎａｆｅｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅｒｍａｌ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｎａａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏａｘｉｌａ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ】．Ａｃｔａ Ｐｈｏｔｏｎｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，１９９９，２８（７）：６４７－６５０．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 金乐天，胡玉禧，杨建峰，等．共轴球面光学系统的热象差 分析［Ｊ］．光子学报，１９９９，２８（７）：６４７—６５０． 【６】Ｘｉ Ｘｉａｏ，Ｃｅｎ Ｚｈａｏｆｅｎｇ，Ｌｉ Ｘｉａｏｔｏｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｔｈｅｒｍａｌｉｓａｔｉｏｎ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，３４（４）：３８８－３９０，４０９．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 奚晓，岑兆丰，李晓彤．无热技术在光学系统中的应用【Ｊ］． 红外与激光工程，２００５，３４（４）：３８８—３９０，４０９． ［７］ Ｙａｓｕｈｉｓａ Ｔａｍａｇａｗａ，Ｔｏｍ Ｔａｊｉｍｅ．Ｄｕａｌ・ｂａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ａ ｐｒｏｊｅｃｔｉｖｅ ａｔｈｅｒｍａｌ ｃｈａｒｔ：ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ， １９９７，３６（１）：２９７—３０１． ［８］ Ｙａｓｕｈｉｓａ Ｔａｍａｇａｗａ，Ｔｏｍ Ｔａｊｉｍｅ．Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ ａｎ ａｔｈｅｒｍａｌ ｃｈａｒｔ ｉｎｔｏ ａ ｍｕｌｔｉｌｅｎｓ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｔｈｉｃｋ ｌｅｎｓｅｓ ｓｐａｃｅｄ ａｐａｒｔ ［Ｊ］．Ｏｐｔ Ｅｎｇ，１９９６，３５（１０）：３００１—３００６． 【９］ Ｙａｎｇ Ｘｉｎｊｕｎ，Ｗａｎｇ Ｚｈａｏｑｉ，Ｓｕｎ Ｑｉｎａｇ，ｅｔ ａ１．Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ａ ｄｕａｌ—ｂａｎｄ ｓｐａｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｘｔｒｏｍｅｔｅｒ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｐｈｏｔｏｎｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２００５，３４（１）：５０—５４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 杨新军，王肇圻，孙强，等．空间双波段成像光谱仪红外 光学系统的设计［Ｊ］．光子学报，２００５，３４（１）：５０－５４． ［１０】Ｗｅｎ Ｙａｎｂｏ，Ｂａｉ Ｊｉｎａ，Ｈｏｕ Ｘｉｙｕｎ，ｅｔ ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｈｙｂｒｉｄ ａｔｈｅｒｍａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ】．Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，２００５， ２７（５）：８２—８６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 温彦博，白剑，侯西云，等．红外无热化混合光学系统设计 ［Ｊ］．光学仪器，２００５，２７（５）：８２－８６． ［１１］Ｌｉｕ Ｌｉｎ，Ｓｈｅｎ Ｗｅｉｍｉｎ，Ｚｈｏｕ Ｊｉｎａｋａｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ａｔｈｅｒｍａｌｉｓｅｄ ｍｉｄｄｌｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｌｒａｇｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ａｐｅｒｔｕｒｅ［Ｊ】．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌａｓｅｒｓ，２０１０，３７（３）：６７５— ６７９．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 刘琳，沈为民，周健康．中波红外大相对孔径消热差光学 系统的设计【Ｊ】．中国激光，２０１０，３７（３）：６７５－６７９． ［１２】Ｓｕｎ Ｑｉａｎｇ，Ｗａｎｇ Ｚｈａｏｑｉ，Ｌｉ Ｆｅｎｇｙｏｕ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａｎ ａｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｕａｌ ｂａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ【Ｊ】．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｂｕｌｌｅ，２００３，４８（１２）： 】］９３一］】９８
