摘要: 針對多模制導(dǎo)中長焦距紅外光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊及寬溫度范圍熱穩(wěn)定性的要求,設(shè)計了一種中波紅外折反光學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)其它模式制導(dǎo)的要求,采用固定焦距和口徑的主鏡,通過二次成像,在保持長焦距的同時減小了透鏡的口徑,降低了到達中繼成像系統(tǒng)主光線的高度,同時也降低了制造成本。設(shè)計了波長為3.7~4.8 μm、焦距f為300 mm、F數(shù)為2的中波紅外成像系統(tǒng)。結(jié)果表明,該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊像質(zhì)優(yōu)良,各視場光學(xué)傳遞函數(shù)均大于0.6,接近衍射極限,并且在-50~70℃可實現(xiàn)光學(xué)被動消熱差。針對該光學(xué)系統(tǒng)進行了公差分析并提出了抑制雜散輻射的方法,該系統(tǒng)滿足實際加工和應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：紅外光學(xué)系統(tǒng)；折反系統(tǒng)；無熱化

1. 引言

近年來，隨著紅外探測器技術(shù)的飛速發(fā)展，探測器像元尺寸逐漸縮小，面陣規(guī)模逐漸增大，這為設(shè)計簡單、緊湊、遠作用距離的前視紅外光學(xué)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。目前在中波紅外長焦距光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中，由于大口徑的紅外材料價格昂貴，因此多采用反射式的結(jié)構(gòu)，但是視場無法做大。采用折反式紅外成像系統(tǒng)能夠集合透射式和反射式的優(yōu)點，具有更大的遠攝比和視場。尤其在多模式混合制導(dǎo)系統(tǒng)中，要求光學(xué)系統(tǒng)有較低的遮攔比和緊湊的結(jié)構(gòu)，以減少對其它模式探測的影響，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢更為明顯。

一般多模制導(dǎo)系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度在-50~70 ℃，而紅外材料的折射率受溫度影響較大，嚴重降低成像質(zhì)量。目前針對紅外系統(tǒng)的無熱化分析。主要采用衍射元件，利用其特殊的色散性質(zhì)，實現(xiàn)消色差、消熱差。但是衍射元件的衍射效率也是需要考慮的問題，而且會給系統(tǒng)引入額外的雜散光。另外機電式主動調(diào)焦補償系統(tǒng)也常用于紅外光學(xué)系統(tǒng)無熱化設(shè)計當中。

針對上述分析，本文設(shè)計了一種適用于多模式制導(dǎo)的長焦紅外折反系統(tǒng)，波段為3.7~4.8μm，F(xiàn)數(shù)為2，100%冷光闌效率，并且在-50~70 ℃實現(xiàn)了消熱差，成像質(zhì)量接近衍射極限。

2. 折反系統(tǒng)設(shè)計

中波紅外系統(tǒng)由于要滿足冷闌效率，需要使系統(tǒng)的出瞳與探測器的冷闌匹配，而如果采用R-C反射鏡結(jié)構(gòu)，將會導(dǎo)致次鏡口徑過大，增加系統(tǒng)的遮攔比，因此中波紅外反射系統(tǒng)通常采用二次成像的方式來實現(xiàn)，如圖1所示。前組采用R-C雙反射結(jié)構(gòu)，后組采用具有一定放大率的中繼成像系統(tǒng)。

圖1.二次成像折返結(jié)構(gòu)

圖2.光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖