光电平台变焦镜头光机设计与热光学特性分析

"该文主要探讨了光电对抗稳定平台中变焦镜头的光机结构设计与热光学特性分析。文章作者通过采用凸轮机构来满足30~120mm变焦需求，并运用有限元方法(FEM)研究了在极端温度条件下光学系统的热变形和轴向温度场的影响。他们利用Zernike多项式对因温度变化导致的镜面形变进行拟合，进而使用Zemax软件计算MTF、PV和RMS等关键性能指标的温度变化曲线，以验证设计的合理性。经过实际的高低温可靠性试验，进一步确认了光学系统的温度适应性。关键词包括光学设计、变焦镜头、热光学分析、Zernike多项式和有限元法。" 本文详细介绍了在光电对抗稳定平台中变焦镜头的光机结构设计过程及其在热环境下的光学性能分析。为了实现30至120毫米的变焦范围，设计者采用了凸轮机构，这是一种常见的机械传动方式，能够实现连续且平滑的变焦运动。在考虑光学系统在高温和低温环境下的工作性能时，作者运用了有限元分析(FEM)方法，这是一种数值计算技术，可以模拟物体在不同温度下的变形情况。通过这种分析，可以预测因温度变化导致的设备整体热变形，以及在轴向温度场下的位移情况。 在热光学分析中，Zernike多项式被用来近似描述因温度变化产生的镜面形变。Zernike多项式是一组用于描述光学表面误差的数学函数，便于对复杂形状的形变进行精确建模。之后，这些拟合数据被导入到Zemax软件中，该软件是光学设计和分析的专业工具。Zemax通过计算调制传递函数(MTF)、峰谷值(PV)和均方根(RMS)等参数，评估了光学系统的成像质量在温度变化下的表现。MTF是衡量光学系统分辨率的关键指标，PV和RMS则分别表示图像面上的最大高度差和平均偏差，它们提供了关于系统性能的全面理解。 经过这一系列分析，作者能够验证设计的合理性，并确保在不同温度条件下，变焦镜头仍能保持高分辨率的成像效果。最后，通过高低温可靠性实验，实际测试了理论分析的结果，进一步验证了变焦光学系统的温度适应性，这意味着系统能够在宽温范围内稳定工作，满足光电对抗平台的严苛需求。 这篇论文展示了在复杂环境条件下，如何通过精心的光机结构设计和热光学分析，确保变焦镜头的性能。这不仅对光学工程领域具有指导意义，也为其他需要在极端环境下工作的光学系统提供了参考。