紅外光學系統(tǒng)相對于可見系統(tǒng)有無可比擬的優(yōu)勢,變焦系統(tǒng)既可以在大視場時捕獲目標,又可以在小視場時對目標進行詳細觀察。兩檔或多檔變倍的光學系統(tǒng)在視場切換時會出現(xiàn)目標丟失,而連續(xù)變倍光學系統(tǒng)可以解決這個問題。隨著軍事需求的增加,紅外變焦距光學系統(tǒng)獲得了巨大發(fā)展。 本文總結(jié)了國內(nèi)外紅外變焦系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,研究了變焦系統(tǒng)設(shè)計的高斯理論,包括補償方法的研究和正組補償、負組補償?shù)母咚菇夥治鲆约皟煞N補償方法的比較。

   對紅外變焦系統(tǒng)的冷反射進行了分析,包括冷反射產(chǎn)生的原因以及衡量冷反射強度的兩個量:YNI和I/Ibar,并給出了冷反射的校正方法。軍用儀器一般應用于野外,其性能受溫度影響較大,尤其是會產(chǎn)生離焦現(xiàn)象,因此必須進行無熱化設(shè)計。

    根據(jù)使用要求,采用法國256×256中波制冷探測器,用機械正組補償方法,在專利的基礎(chǔ)上進行編程計算,求得初始結(jié)構(gòu)并設(shè)計了二十倍比變焦鏡頭,其F數(shù)為4 ,波長范圍3.7~4.8μm ,焦距范圍16.5~330mm ,視場范圍±18.22°~±0.94°,總長350mm。系統(tǒng)在全焦距范圍內(nèi),像質(zhì)良好,MTF在16lp/mm時大于0.5。在優(yōu)化好系統(tǒng)的像質(zhì)后,進行了冷反射分析。同時,通過分析幾種無熱化設(shè)計的原理,對幾種無熱化設(shè)計方法進行了比較,論證了本系統(tǒng)適合采用機電主動式消熱差。通過后固定組的微量移動在-40℃~40℃的范圍內(nèi)進行了消熱差設(shè)計,系統(tǒng)在規(guī)定的溫度范圍內(nèi),在整個變焦過程中像質(zhì)良好,像面穩(wěn)定。最后,給出了凸輪曲線,曲線單調(diào)且平滑,凸輪易于加工。