高分辨率长波红外6×连续变焦光学系统设计与优化

"这篇研究论文详细介绍了高分辨率长波红外连续变焦光学系统的设计方法，主要关注640×512像素非制冷探测器的应用。该系统采用6片透镜，工作在8至12微米的波长范围内，具有F数1至1.1的特性。通过机械补偿式的变焦结构，设计者构建了初始系统，并对光学参数和变焦曲线进行了优化。实验证实，该系统在20到120毫米的焦距范围内可以实现连续平滑变焦，具有高分辨率、高变倍比（6×）、大光圈、大视场范围的特点，同时保持像面稳定，变焦过程平滑，结构紧凑且成本相对较低。" 本文是一篇深入探讨长波红外光学系统设计的专业论文，作者通过理论分析与实践相结合的方式，阐述了如何为高分辨率非制冷探测器设计一款高性能的连续变焦光学系统。首先，他们选择了适合的波长范围（8至12微米）和F数（1至1.1），以满足长波红外应用的需求。接着，他们提出了一种机械补偿式变焦结构，这种结构能够在保持系统紧凑的同时，确保光学性能的稳定性。 在系统设计过程中，作者考虑了关键的光学参数，如透镜的数量、形状、材质以及它们之间的相对位置，以实现所需的焦距变化。此外，他们还设计了凸轮变焦曲线，这有助于在变焦过程中保持良好的光学质量。经过优化，该系统的像质在20到120毫米的焦距范围内表现出色，能实现连续平滑的变焦效果。在30线对每毫米的空间频率下，整个焦距范围内的调制传递函数（MTF）值大于0.45，接近衍射极限，这意味着图像清晰度非常高。 另一方面，系统的弥散斑均方根半径在整个焦距范围内均小于6.3微米，远小于17微米的像元尺寸，确保了高分辨率成像。这种小的弥散斑半径有助于减少图像失真，提高成像质量。此外，系统的变焦操作平稳，视场范围大，且像面稳定性良好，这些都是其突出优点。 该研究展示了在长波红外领域，如何通过精心设计和优化实现高性能的连续变焦光学系统，这对于远程监控、军事应用以及科研等领域具有重要意义。通过采用机械补偿技术，设计者成功地克服了复杂光学设计中的诸多挑战，创建了一个兼顾高分辨率、大变倍比、大光圈和大视场的光学系统，且具备成本效益。这项工作为未来长波红外光学系统的设计提供了有价值的参考和借鉴。