紧凑型折反式制冷型中波红外成像光学系统设计

Abstract

为解决长焦距大口径红外成像光学系统长筒长、大体积、高成本的问题,设计了基于卡塞格林结构(卡式结构)的折反式制冷型中波红外成像光学系统。鉴于该类系统初始结构的确定缺乏充分的理论指导,推导了由拦光系数α、副镜放大率βsec和中继镜组垂轴放大率βrelay三个关键参数表示的计算公式,包括光学系统初始结构参数、系统长度T值、卡式结构初级球差和初级彗差计算公式,分析了系统像差校正难度和紧凑性随α、βsec、βrelay的变化规律。基于像差校正难度与结构紧凑性之间的相互矛盾关系,提出了关键参数的最佳取值方法,为确定系统初始结构提供了重要的理论指导。使用ZEMAX软件对初始结构进行设计优化,完成了一款焦距为-600 mm、F数为2的紧凑型折反式制冷型中波红外成像光学系统,系统实现了100%冷光阑效率,总长为428 mm,各视场调制传递函数(MTF)值在奈奎斯特频率处均大于0.4,并对系统进行了公差分析,验证了理论的正确性和系统可加工性。