用于红外瞄具测试的红外平行光管系统设计

　　平行光管[1，2]是光电检测、光学系统检校的重要设备。大口径长焦距平行光管[3]由于口径大、焦距长，一般采用反射系统，可适用于全波谱段且无像差。根据系统主反射镜的使用状态可以分为共轴式反射系统和离轴式反射系统两类，共轴系统具有结构紧凑、体积小、调试方便、便携等特点，在很多领域有着广泛的应用。但目前现有的共轴反射式系统，不能实现扩展测试范围及自动读数等功能。本文设计了一种可用于红外瞄具[4]测试的共轴反射式平行光管。该光管具有分辨率较高、自动读数、测量范围大等特点。可满足红外瞄具零位走动量的高分辨率、装表量的大范围测量要求。

　　1 光管结构选型

　　在牛顿反射式光学系统的基础上，红外平行光管原理如图 1 所示。红外平行光管由黑体光源、靶标、平面反射镜及抛物面反射镜等部分组成。光学系统在平面反射镜的中部进行开孔，使光源发出的光线经中部光孔入射至抛物面反射镜上，抛物面反射镜反射的光线经平面反射镜出射。由于牛顿反射式光学系统视场角较小，可将平面反射镜固定在转台上，通过转台的转动带动平面反射镜的转动，从而改变光的出射方向，达到扩展测试范围的目的

　　2 光管参数计算

　　设红外瞄准镜像元384×280，像元大小35 m，视场10°×7.5°，物镜焦距 =75mm，则瞄具的空间分辨率 为：

　　W—视场，取 =10°;

　　R—尼奎斯特常数，取 =2;

　　N—瞄准镜像元， =384。

　　2.1 焦距的确定

　　将反射式平行光管等效于透射式平行光管，其光路如图 2 所示。瞄具物镜焦距 =75mm; 为分划板直径，取 =30mm; 为分划板在瞄具像面所成的像高，由尼奎斯特定律可知，为满足瞄具系统空间分辨率要求取 2 个像元，即分划板在焦平面上的最小像高应满足 2×35 m，最大像高取红外焦平面阵列CCD的最大尺寸 388×35 m，则系统焦距为：

　　Y—分划板直径;

　　Y1—分划板成在焦平面上的像高;

　　由 式(2)可 知，系 统 焦 距 应 在 165.68mm ～32142.86mm 之间，综合考虑各因素，取系统焦距=800mm。

　　2.2 主镜的选择

　　主镜采用抛物面反射镜，抛物面反射镜将通过红外分划入射来的光线反射出去，形成平行光输出，实现光线准直的功能。抛物面反射镜焦距 800mm，出瞳直径设计为 120mm，则抛物面的曲线方程为2= 3200 ，顶点曲率半径 = 2 =1600，边缘厚度取 15mm。主镜的 数由式(3)知大于 5，满足要求。

　　2.3 平面反射镜通光孔径的计算

　　在光学系统中，对平面反射镜中部开孔，开口大小可根据图 3 所示的几何关系求得：