目錄

1.設(shè)計指標(biāo)要求

2.初始參數(shù)計算及分析

3.設(shè)計思路

4.設(shè)計結(jié)果及性能分析

5.可行性分析

設(shè)計指標(biāo)要求

表1. 設(shè)計指標(biāo)要求

2.初始參數(shù)計算及分析

1. 半像高h

h=(12×√(2×1024^2 ))/(2×1000)=8.689mm

可計算出半成像高h為8.689mm。

1. 系統(tǒng)的焦距f

光學(xué)系統(tǒng)的半視場角w為3°，半像高h為8.689mm，根據(jù)焦距計算公式：f=h/tan w

可計算出焦距F為165.79mm。

1. 系統(tǒng)入瞳的大小D

系統(tǒng)的F_#為1.65，光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑為焦距與數(shù)的比值，則系統(tǒng)的入瞳直徑為：D=f/F_#

可以計算出系統(tǒng)的入瞳直徑D=100.48mm。。

系統(tǒng)要求口徑最大不超過110mm，因此采用二次成像系統(tǒng)，使系統(tǒng)的整體口徑不至于太大。系統(tǒng)的波段為3μm ~5μm，如果要想實現(xiàn)消色差，可能需要衍射元件來實現(xiàn)。而且系統(tǒng)需要實現(xiàn)在-40℃～+60℃無熱化，因此需要對系統(tǒng)進行消色差和消熱差兩種設(shè)計。

二次成像系統(tǒng)的構(gòu)型圖如下圖所示

二次成像系統(tǒng)由物鏡組和中繼鏡組組成，其兩者之間的近軸初級關(guān)系為

將公式代入可以計算出系統(tǒng)物鏡組焦距為f_0為80.25mm，f_R為58.66mm，m為2.06。

物鏡的設(shè)計：

首先設(shè)置好材料，選用常用的硅和鍺材料，設(shè)置波段3~5um，入瞳直徑為100mm，控制系統(tǒng)的焦距為80mm，做初始優(yōu)化。

優(yōu)化后的物鏡的初始結(jié)構(gòu)如下圖，作為系統(tǒng)物鏡組的初始結(jié)構(gòu)。

目鏡的設(shè)計

根據(jù)近軸關(guān)系計算，目鏡m為2.06，可計算出中繼鏡組的物距為30.18mm，像距為62.18mm。系統(tǒng)口徑設(shè)置為物方數(shù)值孔徑，為了與物鏡組相匹配，物方數(shù)值孔徑為物鏡組的像方數(shù)值孔徑，為0.53，選取三片透鏡作為優(yōu)化，優(yōu)化后的結(jié)果為。

優(yōu)化后的初始結(jié)構(gòu)如下圖。

物鏡目鏡混合設(shè)計

將上述設(shè)計得到的的物鏡組和中繼鏡組的初始結(jié)構(gòu)進行組合設(shè)計。所得到的組合后的二維圖如下：

將光闌放置在冷光闌位置，控制系統(tǒng)焦距，對鏡片形狀進行優(yōu)化，逐步增加視場角，從而獲取到一個視場角滿足要求的光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)，隨后，我們通過增加非球面鏡片，控制總長為180，進一步優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)。優(yōu)化后的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示：

MTF如下圖：

圖13.系統(tǒng)MTF曲線圖

然后再做無熱化設(shè)計。設(shè)置三重組態(tài)，將材料設(shè)置為hammer，優(yōu)化玻璃。最終的二維如下圖所示。

20℃MTF

-40℃MTF

60℃MTF

畸變圖

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