商用前视红外三组元变焦物镜

　　近年来，两档变倍和连续变倍的红外变焦距系统获得了普遍的应用。在两个视场相同时，双位置变焦距通常比切换变焦距系统长，但因为切换变焦切换组元需要占用光路外的一段空间，所以双位置变焦距的体积要比切换变焦小。

　　具有一个负变焦组的紧凑的光学补偿切换变焦距系统需要至少三组一一个正的物镜组、一个负的变倍组、一个正的调焦组。通常这些组元由一到两片组成。如果使用单点金刚石车削的非球面和衍射面，这三组元也可能都是单个光学元件。

　　双位置三组元光学补偿变焦距既可以应用于8-12 um的远红外光谱段，也可以用于3 - 5 um的中红外光谱段。既可以作为一个单独的成像系统，也可以作为一个望远系统或二次成像系统的物镜。三组元变焦距的倍率可以在变焦组移动量为1. 61 mm的情况下实现3 ^x 到5 ^x 的变倍比。在一种设计中变焦距的短焦距可以是17mm，在另一个设计中长焦距可以达到275

        1.设计原则

　　在进行初始设计时，首先保证三组元中各组元在窄视场的大小可以满足结构尺寸的要求。在进行长波设计时，使用锗作为透镜材料;在中波段拟选用硅作为透镜材料，这是因为这是两种高折射率低色散的材料，是最常用的红外材料。把正组和负组的位置粗略设定在物镜组到像面一半距离上。在正组和负组之间留下足够的调焦距离以便使负组调焦时相互位置不出现干涉。在两个视场位置调整各组元近轴边缘光线的偏角。近轴边缘光线的偏角通常在0.05一0.2rad之间。在这里角度解对整个设计很有帮助，因为优化过程中需要一个可以追迹的初始解。

　　查看轴向色差和匹兹万和。当长波系统中轴向色差影响较大时，在物镜组加入一个衍射面进行校正，在中波系统中可在负组中加入一块锗透镜进行校正。较小的匹兹万和有利于控制轴外场曲和象散。改变透镜的材料、折射率可以控制系统的匹兹万和。加入整个视场确保光线可顺利通过。改变透镜形状或加入透镜片数可控制匹兹万和。

　　进行优化，固定正组元和负组元近轴光线的偏角。在物镜组中加入一个非球面进行球差校正，在正组元中加入一个非球面进行彗差校正。当窄视场获得充分校正后，整个校正过程还是个不断反复的过程‘把变焦负组前移直到系统达到合适的宽视场焦距值。这时从探测器到物方空间反向追迹光线较容易。在这里需考虑光学参数有小量的变化会引起宽视场配置的变化。同时也要考虑对于全部制冷罩制冷系统经过制冷罩时，光线要较易通过。同时要查看离焦量，对反向追迹的系统，物空间光线的不平行性应小于0.001rad。