兩擋變焦光學系統(tǒng)的齊焦設計

楊利華，李 景，陶 玉，林 晶，孟軍合

（天津津航技術物理研究所，天津300192）

引言

受光學材料折射率、光學加工以及光學裝校等誤差因素的影響，光學系統(tǒng)實際像面會偏離光學設計理想像面，稱這種現(xiàn)象為像面漂移。像面漂移是任何光學系統(tǒng)都會產(chǎn)生的現(xiàn)象，且不同光學系統(tǒng)的像面漂移量也不相同。實際應用的光學系統(tǒng)像面是經(jīng)像面漂移后的實際像面而非理想像面，即實際應用通過調(diào)焦消除像面漂移的影響，但一般會殘余一定的離焦量（小于焦深）。

兩擋變焦光學系統(tǒng)屬于共像面復合系統(tǒng)，由寬視場短焦子系統(tǒng)（以下簡稱短焦子系統(tǒng)）和窄視場長焦子系統(tǒng)（以下簡稱長焦子系統(tǒng)）組成。由于上述誤差的存在，短焦子系統(tǒng)和長焦子系統(tǒng)均會發(fā)生像面漂移，但兩子系統(tǒng)漂移量不同（可能產(chǎn)生同向像面漂移或異向像面漂移），導致短焦子系統(tǒng)和長焦子系統(tǒng)產(chǎn)生不齊焦現(xiàn)象，即一子系統(tǒng)成像清晰，另一子系統(tǒng)成像模糊。上述不齊焦現(xiàn)象嚴重影響兩擋變焦光電系統(tǒng)的性能，因此必須在光學系統(tǒng)設計的同時進行齊焦設計。

1 指標要求及設計結(jié)果

1.1 主要指標要求

以某型載荷中波紅外兩擋變焦光學系統(tǒng)（以下簡稱中波兩擋變焦系統(tǒng)）為例，其主要指標包括：

1）工作波段 3.4μm～4.8μm；

2）焦距 46.5mm／186mm；

3）F＃3；

4）視場 4.72°×5.9°／1.18°×1.47°；

5）冷光闌效率 100%；

6）無熱化溫度范圍－40℃～60℃；

7）致冷型探測器像元數(shù)320×256，像元尺寸15μm×15μm。

1.2 結(jié)構選型

中波兩擋變焦系統(tǒng)選用致冷型探測器，光學系統(tǒng)由變焦組份和二次成像組份組成，變焦組份可設計成軸向移動變焦式或垂軸切換變焦式，受空間體積限制（垂軸方向空間受限），選用軸向移動變焦式。……