高分辨率长波红外连续变焦光学系统设计

第４１卷第２期　２０１４年２月　光电工程　Ｏｐｔｏ—Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．４１．Ｎｏ．２　Ｆｅｂ，２０１４　文章编号：１００３—５０１Ｘ（２０１４）０２—００７５—０６　高分辨率长波红外连续变焦光学系统设计　包佳祺　，吉紫娟２，葛振杰　，李　楠。，俞　侃　，尹娟娟　（１．华中科技大学文华学院，武汉４３００７４；２．湖北第二师范学院，武汉４３０２０５；　３．武汉振光科技有限公司，武汉４３００７０）　摘要：针对高分辨率６４０ｘ５１２元非制冷探测器，设计了一款６×长波红外连续变焦光学系统。该系统由６片透镜构　成，工作波长为８～１２　ｐｍ，Ｆ数为１～１．１。根据变焦光学系统设计理论，确定了系统的机械补偿式变焦结构并构建　了初始结构；对该系统的光学结构参数及凸轮变焦曲线进行了设计和优化。像质评价结果表明该系统在２０～１２０　ｍ／ｙｌ焦距范围上实现了连续平滑变焦；在３０　ｌｐ／ｍｍ空间频率处，全焦距范围调制传递函数值大于０．４５，接近衍射　极限；全焦距范围各视场弥散斑均方根半径小于６＿３　ｇｍ，远小于像元尺寸１７　ｐｍ。实验证明该系统具有高分辨率、　高变倍比、大光圈、大视场范围的特点，且像面稳定，变焦平滑，结构紧凑合理，成本相对较低。　关键词：长波红外；连续变焦；高分辨率；机械补偿；高变倍比　中图分类号：ＴＮ２１６　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—５０１Ｘ．２０１４．０２．０１２　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　Ｌｏｎｇ－ｗａｖｅ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｚｏｏｍ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　Ｈｉｇｈ　Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ＢＡＯ　Ｊｉａｑｉ　，ＪＩ　Ｚｉｊｕａｎ　，ＧＥ　Ｚｈｅｎｊｉｅ　，ＬＩ　Ｎａｎ　，ＹＵ　Ｋａｎ　，ＹＩＮ　Ｊｕａｎｊｕａｎ　（１．ＷｅｎｈｕａＣｏｌｌｅｇｅ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ　４３０２０５，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｗｕｈａｎ　Ｚｈｅｎｇｕａｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．Ｌ融Ｗｕｈａｎ　４３００７０．Ｃｈｉｎａ　１　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｌｏｎｇ—ｗａｖｅ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　６ｘ　ｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　６４０ｘ５　１２　ｕｎｃｏｏｌｅｄ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｉｔ　ｃｏｎｔａｉｎｓ　６　ｌｅｎｓｅｓ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｓ　ａｔ　８Ｍ２ｐｍ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｆ≠｝ｏｆ　１～１．１．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｌｅｎｓｅｓ　ｄｅｓｉｇｎ，ａ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｚｏｏｍ　ｃｕｒｖｅｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｍａｇｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｚｏｏｍｓ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ａｎｄ　ｓｍｏｏｔｈｌｙ　ｉｎ　ａｌｌ　２０Ｍ２０　ｍｍ　ｆｏｃｕｓ　ｌｅｎｇｔｈｅｎｓ　ｒａｎｇｅ．Ｔｈｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＭＴＦ）ｖａｌｕｅｓ　ａｔ　３０　ｌｐ／ｍｍ　ａｒｅ　ａｌｌ　ａｂｏｖｅ　０．４５　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｐｏｔ　ｄｉａｇｒａｍｓ’ＲＭＳ　ｒａｄｉｕｓ　ａｒｅ　ａｌｌ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　６．３　ｇｍ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｍｕｃｈ　ｓｍａｌｌｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｐｉｘｅｌ　ｓｉｚｅ　１７　ｐｍ　ｉｎ　ａｌｌ　ｆｏｃｕｓ　ｌｅｎｇｔｈｓ　ｒａｎｇｅ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｚｏｏｍ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｍｅｒｉｔｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ　ｚｏｏｍ　ｒａｔｉｏ，ｂｉｇ　ａｐｅｒｔｕｒｅ，ｂｉｇ　ｆｉｅｌｄ　ｒａｎｇｅ，ａｎｄ　ｈａｓ　ｓｔｅａｄｙ　ｉｍａｇｅ　ｐｌａｎｅ　ａｎｄ　ｚｏｏｍｓ　ｓｍｏｏｔｈｌｙ　ｗｉｔｈ　ｃｏｍｐａｃｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｃｏｓｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｏｎｇ—ｗａｖｅ　ｉｎｆｒａｒｅｄ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｚｏｏｍｓ；ｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｈｉｇｈ　ｚｏｏｍ　ｒａｔｉｏ　０　引　言　红外热像仪是人们对夜间和恶劣天气环境下远距离目标进行监测、跟踪和识别的光电仪器［¨，近年来　广泛应用于国防、防火救灾、地质勘探等全天候监控领域，具有重大的经济和社会效益。红外热像仪具有　收稿日期：　２０１３—０７　０１；收到修改稿日期：２０１３－１０　１６　基金项目：　湖北省自然科学基金（２０１２ＦＦＢ０２７０１）；国家自然科学基金（６１２０５０６２）　作者简介：　包佳祺（１９８０一），男（汉族），浙江宁波人。讲师，硕士，主要研究工作是光电检测技术及光学设计。Ｅ—ｍａｉｌ：ｂａｏｊｉａｑｉ＠１６３．ｃｏｒｎ。　通信作者：　俞侃（１９７８－），男（汉族），浙江宁波人。副教授，博士，主要研究方向是光通信器件与技术。Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｕｎｙｉｙｕ＠ｍａｉｌ．ｂｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ，ｇｄｇｃ　３ｃ　ｃｒｔ　７６　光电工程　２０１４年２月　单视场、双视场和连续变焦三种主要形式　Ｊ。单视场红外热像仪焦距单一固定，视场范围小，无法同时满　足对于目标的搜索和识别的需要；双视场红外热像仪具备两种不同焦距，形成大小两个视场，可用大视场　搜索、小视场识别目标。国内针对高变倍长波红外连续变焦系统已有若干研究成果，采用制冷型探测器件　的，如张良等设计的１０倍、陈吕吉等设计的２０倍以及贾星蕊等设计的２５倍长波红外连续变焦光学系统　；　采用非制冷探测器件的，如刘峰等设计的ｌ０倍以及白瑜等设计的４倍长波红外连续变焦光学系　。国　外研究成果则有２０１０年美国人Ｍａｒｋ　Ｃ．Ｓａｎｓｏｎ等人报道的３０ｘ变倍比的红外变焦光学系统　Ｊ。但受探测　器件发展制约，高分辨率的红外变焦系统鲜见著述，本文则针对此点做出了新的设计尝试。红外连续变焦　光学系统设计上要求焦距在一定范围内变化并保证像面位置固定，系统相对孔径较大且变焦过程中保持几　乎不变，同时要求各焦距和视场均有较好的成像质量，因此在设计制造和装配上具有一定的技术复杂性　Ｊ。　本文从实际产品的设计要求出发，根据连续变焦光学系统设计理论，设计出一种焦距为２０－１２０　ｍｍ的　６×连续变焦红外光学系统。系统焦距在２０－９０　ｍｍ时Ｆ数为１，９０－１２０　ｍｍ时Ｆ数为１．１。与前人设计相比，　该系统具有更高的光学分辨率，适用于氧化钒６４０ｘ５１２元非制冷探测器，像元尺寸仅为１７岬×１７　ｇｍ，采　用机械补偿式变焦结构，使用５片锗单晶镜片及１片硫系玻璃镜片。在保证较高变倍比和大光圈的前提下，　提高了系统的分辨率，采用了较低价格的探测器件和光学材料，在满足使用要求的同时有效控制了整体成　本，具有较好的实用性。　１　设计实例　１．１设计原理　本设计采用正组机械补偿式结构（即补偿组光焦度为正），透镜口径较小，前固定组焦距较长，二级光　谱较小　Ｊ。采用二个组元运动实现变焦和补偿，运动组元数较少，便于结构的设计和优化Ｌ４Ｊ。该变焦光学　系统可以分为：１．前固定组；２．变倍组；３一补偿组；４．后固定组；对整体光焦度的贡献分别为：ｌ一正；２一负；　３一正；４一正。当变倍组线性移动改变位置时，系统的焦距和像面位置也随之发生变化，要保证像面稳定，　此时凸轮机构需带动补偿组做非线性移动补偿像面位置。其变焦原理如图１所示。　１－ｆｒｏｎｔ　ｉｘｅｄ　ｆｇｒｏｕｐ　２一ｚｏｏｍ　ｇｒｏｕｐ　３－ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ　ｇｒｏｕｐ　４．ｂａｃｋ　ｉｆｘｅｄ　ｇｒｏｕｐ　Ｌｏｎｇ　ｆｏｃａｌ　ｌｅｎｇｔｈ　１－ｆｒｏｎｔ　ｉｆｘｅｄ　ｇｒｏｕｐ　２－ｚｏｏｍ　ｇｒｏｕｐ　３－ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ　ｇｒｏｕｐ　４－ｂａｃｋ　ｉｆｘｅｄ　ｇｒｏｕｐ　１－ｒｏｎｔｆ　ｉｘｅｄ　ｇｒｆｏｕｐ　２－ＺＯＯｆｆｌ　ｇｒｏｕｐ　３－ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ　ｒｏｕｐ　４－ｇｂａｃｋ　ｉｆｘｅｄ　ｇｒｏｕｐ　图１　变焦原理示意图　Ｆｉｇ．１　Ｓｋｅｔｃｈ　ｍａｐ　ｏｆｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　系统的设计过程分为求取高斯解与像差设计两个阶段。首先根据系统要求的焦距范围、相对孔径、像　面大小和外形尺寸等参数确定系统中每个透镜的焦距、透镜间隔、变倍组与补偿组的移动范围；然后再根　据高斯解的数据计算出镜片的初始结构参数，利用ＺＥＭＡＸ软件进行像差的计算和优化设计。设计中需要　将全部焦距变化范围按等比例选取多个不同焦距位置，当系统处于以上焦距位置时利用前固定组、变倍组　及补偿组优化像差至最小，再利用后固定组校正残余像差　。　ｈｔｔｐ：ｌ／ｗｗｗ　ｇｄｇｃ。ａｃ　ｃｒｌ　第４１卷第２期　包佳祺，等：高分辨率长波红外连续变焦光学系统设计　７７　１．２设计指标　本设计采用氧化钒６４０ｘ５１２元非制冷长波红外探测器，其像元尺寸为１７　ｇｍｘ１７　ｇｍ。根据实际应用需　要，该红外连续变焦光学系统的主要设计指标如表ｌ所示。　表１光学设计指标　６４０ｘ５１２　Ｕｎｃｏｏｌｅｄ　８－１２　【Ｖ　Ｐ　Ｏ　ａ　ｚ．ｕ　１７　ｕｍＸ１７　ｐｍ　６：１　２０～１２０　Ⅲ　＿　－＿呈　１（２０～９０　ｍｍ）　１．１ｆ９０～１２０　ｍｍ１　薰一　Ｆｉｅｌｄ　ａｎｇｌｅ　Ｚｏｏｍ　ｓｔｙｌｅ　３３．８。ｘ２５．７。（ＥＦＬ＝２０　ｍｍ）　４．６。ｘ３．４。（ＥＦＬ＝１２０　ｍｍ）　Ｍｅｃｈａｎｉｃａ１　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　＞８Ｏ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｒａｔｅ／％　１．３设计结果　根据指标设计完成的红外连续变焦光学系统外形结构如图２所示。图２（ａ）、图２（ｂ）、图２（ｃ）分别为短　焦２０　ｍｍ、中焦６０　ｍｍ及长焦１２０　ｍｍ时的系统外形结构。系统总长度为２６４　ｍｍ。　　｝ｉｊ　荔霉　蠹碉●　焉　磐兰望＝　ｌ　笃　一…一　～三　’　Ｉ　ｉ　ｌ　（ｃ）焦距为１２０　ｍｉｌｌ时系统外形图　（ｃ）Ｌａｙｏｕｔ　ｏｆｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｈｅｎ　ＥＦＬ＝Ｉ２０　ｍｍ　ｗｈｅｎ　ＥＦＬ＝６０　ｍｍ　（ａ）焦距为２０ｍｍ时系统外形图　（ａ）Ｌａｙｏｕｔ　ｏｆｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｈｅｎ　ＥＦＬ＝２０　ｍｍ　（ｂ）焦距为６０　ｍｍ时系统外形图　（ｂ）Ｌａｙｏｕｔ　ｏｆｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　图２红外连续变焦光学系统外形结构图　Ｆｉｇ．２　Ｌａｙｏｕｔ　ｏｆ　ＬＷＩＲ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　该系统变倍比为６×，使用ＺＥＭＡＸ光学辅助设计软件进行了优化设计。采取４组６片式结构，前固定　组为正光焦度单透镜，减轻了系统重量，第二片为变倍组负透镜，第三片为补偿组正透镜，后固定组使用　３片分离镜片，对前面结构的剩余像差进行了有效优化。材料方面，由于锗单晶对８－１２　ｇｍ长波红外光波　有高折射率及低色散，故采用了５片锗单晶镜片，以及１片硫系玻璃镜片用以消除色差。镜片数量较少且　价格相对低廉（硫系玻璃的价格仅为硒化锌的三分之一），在满足系统校正像差的前提下有效降低了成本。　２像质评价　本文主要使用调制传递函数（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＭＴＦ）￣Ｎ点列图（Ｓｐｏｔ　Ｄｉａｇｒａｍ）对红外连续变　焦光学系统进行评价＿ｌ…。下文将给出该红外连续变焦系统在短焦、中焦和长焦三种情况下的ＭＴＦ图和点　列图。　２．１传递函数　该系统在全部焦距范围的调制传递函数ＭＴＦ曲线如图３所示。图３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）分别为短焦２０　ｍｍ、　中焦６０　ｍｍ及长焦１２０　１１１１１＂１时６个视场的ＭＴＦ曲线。　在探测器空间截止频率３０　ｌｐ／ｍｍ处，可看到全部焦距范围的ＭＴＦ＞０．４５，接近衍射极限¨…，表明该　系统在整个焦距范围内的各个视场均有较好的成像质量。因此系统可以匹配像元尺寸大干等于１７　ｇｍ的多　种红外面阵探测器使用。　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ　ｇｄｇｃ　ａｃ．ｃｉｑ　７８　光电工程　旨　・ｏ　０．８　山１＿．０　ｅ　ｌ　Ｏ　０．８　号０．８　主　０．６　０　主ｏ．６　０　差　０　６　０　兰ｏ．４　兰　０．４　兰０．４　专０．２　０．０　０　６　１２　１８　２４　莒ｏ．２　苫　Ｏ．专　０．２　苫　０　Ｏ　６　１２　１８　２４　３Ｏ　０　６　１２　１８　２４　３０　Ｏ　３Ｏ　Ｓｐａｔｉａｌ　ｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｆｉｎ　ｃｙｃｌｅｓ／ａｍ　ｒＳｐａｔｉａｌ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎ　ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍ　Ｓｐａｔｉａｌ　ｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｆｉｎ　ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍ　（ａ）焦距为２０ｍｉｌｌ时的ＭＴＦ图　（ａ）ＭＴＦ　ｃｕｒｖｅｓ　ｗｈｅｎ　ＥＦＬ＝２０　ｍｍ　（ｂ）焦距为６０ｍｍ时的ＭＴＦ图　ｒｈ１　ＭＴＦ　ｃｕｒｖｅｓ　ｗｈｅｎ　ＥＦＬ＝６０　ｍｍ　（Ｃ）焦距为１２０ｍｍ时的ＭＴＦ图　ｆｃ１　ＭＴＦ　ｃｕｒｖｅｓ　ｗｈｅｎ　ＥＦＬ＝１　２０　ｍｉｌｌ　图３　红外连续变焦光学系统的ＭＴＦ图　Ｆｉｇ．３　ＭＴＦ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ＬＷＩＲ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　２．２点列图　图４所示为本设计系统在焦距分别为２０　ｍｉｌｌ、６０　ｍｌｎ及１２０　ｍｍ时６个不同视场的点列图情况。由图　可知，该系统的各视场弥散斑均接近衍射极限（图中黑色圆圈为艾里斑范围），其均方根半径最大不超过６－３　ｇｍ，小于像元尺寸１７　ｇｒｎｘ１７　ｇｍ，可见本设计实现了较高分辨力，能够满足本系统中高清非制冷探测器的　匹配要求。　。。。　！●　●　。　。ｉ基　　前　｛ｔ　Ｈ　Ｉ　０　－　ｌ（ａ）焦距为２０ｍｍ时的点列图　（ａ）Ｓｐｏｔ　ｄｉａｇｒａｍｓ　ｗｈｅｎ　ＥＦＬ＝２０　ｍｍ　零　．　．　ｍ　１　∥　０ｌ　１（ｃ）焦距为１２０ｍｍ时的点列图　（ｃ）Ｓｐｏｔ　ｄｉａｇｒａｍｓ　ｗｈｅｎ　ＥＦＬ＝Ｉ　２０　ｍｍ　（ｂ）焦距为６０ｍｍ时的点列图　ｆｂ　Ｓｐｏｔ　ｄｉａｇｒａｍｓ　ｗｈｅｎ　ＥＦＬ　６０　ｍｍ　图４红外连续变焦光学系统的点列图　Ｆｉｇ．４　Ｓｐｏｔ　ｄｉａｇｒａｍｓ　ｏｆ　ＬＷＩＲ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　２．３变倍组和补偿组的变焦曲线　变焦光学系统的设计必须保证像面的稳定，而变焦曲线的设计对于产品在变焦过程中的像面稳定、像　质优劣以及加工装配工艺复杂度有着决定性影响。实际应用中，若变焦凸轮曲线设计不够平滑，在某些位　置存在跳变的曲率或极值点，则会增加凸轮机构加工难度，导致系统变焦时不平滑、顺畅，容易卡死　Ｊ。　本设计采用机电系统带动变倍组和补偿组进行非线性移动来实现６ｘ连续光学变焦，并针对其平滑程度　进行了优化设计。图５为系统的连续变焦曲线：纵坐标为变焦系统的焦距，横坐标为变倍组和补偿组相对　于系统原点的运动距离。图５（ａ）为优化设计前的变焦曲线，存在局部的曲率跳变；图５（ｂ）为优化设计后的　变焦曲线，优化后变焦曲线平滑连续，有利于凸轮机构的加工＿Ｊ　。系统在２０－１２０　ｍｍ变焦行程中光轴跳　动小于３　ｐｉｘｅｌｓ。　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ。ｇｄｇｃ。ａｃ　ｃｎ　光电工程　２０１４年２月　变焦，工作距离可达５　ｍ－５　ｋｍ。视场角可达３３．８。ｘ２５．７。（２０　ｍｍ焦距时）－４．６。ｘ３．４。（１２０　ｍｍ焦距时），视场　变换时可实现实时跟踪，适用于追踪高速运动目标。该系统像质优良，其ＭＴＦ及点列图数据均接近衍射　极限，实际拍摄效果良好。变焦凸轮曲线经过设计优化，变焦平滑；像面稳定，连续变焦时光轴同轴度跳　动小于３　ｐｉｘｅｌｓ。　本设计经实际测试证明满足各项指标要求。作为一款替代制冷型产品的高分辨率红外系统，其特点在　于将连续变焦、高分辨率、较低成本几点结合起来，并加以实现。在保证较高的系统性能和产品档次的基　础上，尽可能节约了设计、加工、测试和装配上的成本，努力寻求性能和成本上的最佳结合点，在安防、　跟踪、侦查、搜索等领域有较高的实用价值。　参考文献：　［１】骆守俊，何伍斌，李丈虎，等．大面阵中波红外连续变焦光学系统设计［Ｊ］．光学精密工程，２０１２，２０（１０）：２１１７—２１２１．　ＬＵＯ　Ｓｈｏｇｕｎ，ＨＥ　Ｗｕｂｉｎ，ＬＩ　Ｗｅｎｈｕ，ｅｔ　ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆｍｉｄｄｌｅ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ａ　ｌａｒｇｅ　ＦＰＡ［Ｊ］．　Ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，２Ｏ（１Ｏ）：２１　１７－２１２１．　［２］　贾星蕊，李训牛，王海洋，等．大变倍比长波红外连续变焦光学系统设计　．红外技术，２０１２，３４（８）：４６３—４６６．　ＪＩＡ　Ｘｉｎｇｒｕｉ，ＬＩ　Ｘｕｎｎｉｕ，ＷＡＮＧ　Ｈａｉｙａｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　ＬＷＩＲ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｚｏｏｍｉｎｇ　Ｏｐｔｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　Ｌａｒｇｅ　Ｚｏｏｍｉｎｇ　Ｒａｎｇｅ［Ｊ］．Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，３４（８）：４６３—４６６．　［３］　张良，刘红霞．长波红外连续变焦光学系统的设计［Ｊ］．红外与激光工程，２０１１，４０（７）：１２７９—１２８１．　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉａｎｇ，ＬＩＵ　Ｈｏｎｇｘｉａ．Ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆｌｏｎｇ　ｗａｖｅ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｚｏｏｍ　ｌｅｎｓ［Ｊ１．Ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｎｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２０１１，４０（７）：１２７９—１２８１．　［４］　陈吕吉，李萍，孙琪艳．２０ｘ长波红外连续变焦光学系统设计［Ｊ］＿红外技术，２０１２，３４（８）：４５８～４６２．　ＣＨＥＮ　Ｌｔｉｊｉ，ＬＩ　Ｐｉｎｇ，ＳＵＮ　Ｑｉｙａｎ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆＬＷＩＲ　Ｚｏｏｍ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　２０：１　Ｚｏｏｍ　Ｒａｎｇｅ［Ｊ］．Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　２０１２，３４（８）：４５８—４６２．　［５］刘峰，徐熙平，孙向阳，等．高变倍比红外变焦距光学系统设计［Ｊ］．应用光学，２００９，３０（６）：１０２０—１０２３．　ＬＩＵ　Ｆｅｎｇ，ＸＵ　Ｘｉｐｉｎｇ，ＳＵＮ　Ｘｉａｎｇｙａｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆｈｉｇｈ　ｚｏｏｍ　ｒａｔｉｏｎ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］＿Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ，２００９，３Ｏ（６）：１０２０—１０２３．　［６］　白瑜，杨建峰，马小龙，等．８～１２　ｐｍ波段折／衍混合红外连续变焦光学系统［Ｊ］．红外技术，２００８，３０（９）：５０５—５０８．　ＢＡＩ　Ｙｕ，ＹＡＮＧ　Ｊｉａｎｆｅｎｇ，ＭＡ　Ｘｉａｏｌｏｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ／Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｚｏｏｍ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　８～１２　ｐｍ［Ｊ］ｌ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，３０（９１：５０５—５０８．　［７］Ｍａｒｋ　Ｃ．Ｓａｎｓｏｎ　ａｎｄ　Ｊａｍｅｓ　Ｃｏｍｅｌｌ，ＭＷＩＲ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｚｏｏｍ　ｗｉｔｈ　ｌａｒｇｅ　ｚｏｏｍ　ｒａｎｇｅ［ｃ］／／Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ＸＸＸＶＩ，Ｏｒｌａｎｄｏ，Ｆｌｏｒｉｄａ，Ａｐｒｉｌ　０５，２０１０，７６６０：１—１２．　［８］蓝宁．光学补偿式长波红外变焦系统设计［Ｊ】．光学仪器，２０１１，３３（３）：５３—５６．　ＬＡＮ　Ｎｉｎｇ．Ｏｐｔｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆｏｐｔｉｃａｌｌｙ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ　ｌｏｎｇ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｚｏｏｍ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，２０１１，　３３（３）：５３—５６．　［９】　杨乐，孙强，王健，等．长波红外连续变焦光学系统设计［Ｊ］．红外与激光工程，２０１２，４１（４）：９９９—１００３．　ＹＡＮＧ　Ｌｅ，ＳＵＮ　Ｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎ，ｅｔ　ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｌｏｎｇ—ｗａｖｅ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｚｏｏｍ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｎｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，４１ｆ４１：９９９—１００３．　【１０］刘均，高明．光学设计［Ｍ】．西安：西安电子科技大学出版社，２００６：１７４－１７５．　ＬＩＵ　Ｊｕｎ，ＧＡＯ　Ｍｉｎｇ．Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］．Ｘｉ’ａｎ：Ｘｉ’ａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ，２００６，　１７４—１７５．　【１１］李永刚，张葆，丁金伟．红外连续变焦镜头的结构设计［Ｊ］．长春理工大学学报：自然科学版，２００９，３２（１）：６０—６３．　ＬＩ　Ｙｏｎｇｇａｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｂａｏ，Ｄ１ＮＧ　Ｊｉｎｗｅｉ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｚｏｏｍ　Ｌｅｎｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ，２００９，３２（１）：６０－６３．　［１２］ＦＩＳＣＨＥＲ　Ｒ　Ｅ，ＧＡＬＥＢ　Ｂ　Ｔ．Ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｍｅ　ＧＲＡＷ　Ｈｉｌｌ，２０００．　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ　ｇｄｇｃ　ａｃ　ｃｒｌ