下载文档原格式
实验项目 平行光管的调节与使用[实验目的]1、了解平行光管的结构原理，并掌握平行光管的调整方法。
2、掌握平行光管的使用方法，测定透镜的分辨率及透镜的焦距。
[实验仪器]①CPG-550平行光管及其附件（含灯源及其变压器、平面反射镜）； ②分划板组（十字叉丝分划板、玻罗板、分辨率板、星点板）； ③读数测微目镜（高斯型）；（④被测透镜。
[实验内容及步骤] 一、平行光管的调节（1）用自准直法调节平行光管发出平行光（无视差） a)调节目镜.使在目镜能清晰观察到十字分划板叉丝。
b)调节平面反射镜，使平行光管的出射光反射回到平行光管内。
c)细心调节分划板前后位置，使目镜能同时清楚地看到十字丝和它反射回来的十字叉丝像，并调节平面反射镜的垂直和水平调节螺丝，使叉丝物像重合，切武视差，此时分划板已处于F 焦面位置，平行光管发出平行光。
注意：分划板可更换，中心点可调，前后位置可调，mm f 550='物。
（2）使十字分划板中心点再平行光管的光轴上a)松开平行光管的十字螺钉，将平行光管沿管轴旋转180º，如发现分划板叉丝物像不重合，说明叉丝中心与管轴还有偏离，此时可分别调节平面反射镜及分划板中心的位置，两者各调一半，使叉丝物像重合（半角调节法）。
b ）反复以上调节，使得转动平行光管时叉丝物像重合。
二、精确测定凸透镜的焦距（十字分划板→玻罗板）（1）原理：l f B O y 平'=2，l f A O y x '='1 ∴ 平f f y y x ''='，y y f f x ''='平只要测出y ',将y 、平f '代入以上公式，即可求出x f '。
（2）玻罗板：注意：a)测微鼓单向移动，避免回程差；b ）x f f '>'2平dd f f x ''='平三、测凸透镜的分辨本领，即最小分辨角（1）玻罗板更换为分辨率板（3号）：每单元由4组刻纹，共25个单元。
平行光管的调节和使用实验报告一、引言平行光管是一种常用的光学实验仪器，用于产生平行光束。
在许多光学实验和光学设备中，平行光束的使用至关重要。
本实验旨在研究平行光管的调节和使用方法，以及对光束的影响。
二、实验步骤1. 准备实验所需材料：平行光管、光源、反射镜、透镜等。
2. 将光源放置在适当的位置，并对其进行调节，保证光线稳定。
3. 将平行光管放置在光源前方，调节其位置，使光线能够通过光管。
4. 调节平行光管的角度，使光线尽可能地平行。
5. 在平行光管的出口处放置反射镜，反射光线使其方向与入射光线平行。
6. 在反射镜的一侧放置透镜，调节透镜位置和焦距，使光线经过透镜后能够聚焦成平行光束。
三、实验结果通过对平行光管的调节和使用，我们成功地产生了平行光束。
通过调节光源位置和角度，我们可以控制光线的入射方向和角度。
通过反射镜和透镜的使用，我们能够使光线保持平行，并且可以调节光线的聚焦程度。
四、实验讨论1. 光源的稳定性对实验结果有重要影响。
如果光源不稳定或者存在明显的闪烁，会导致产生的光束不够平行。
2. 平行光管的角度调节是关键步骤之一。
如果角度调节不准确，会导致光束的方向不平行。
3. 反射镜和透镜的使用可以进一步改善光束的平行性和聚焦效果。
透镜的选择和调节需要根据实际需求进行。
五、实验应用平行光管广泛应用于光学实验和光学设备中。
在显微镜、望远镜等光学仪器中，平行光管可以使光线在光学系统中传输更加稳定和精确。
在激光技术中，平行光管可以用于整形光束，使其成为平行光束，提高激光器的输出功率和质量。
六、实验总结通过本实验，我们学习了平行光管的调节和使用方法，并成功地产生了平行光束。
实验结果表明，光源的稳定性、平行光管的角度调节以及反射镜和透镜的使用对光束的平行性和聚焦效果有重要影响。
平行光管在光学实验和光学设备中具有广泛的应用价值，对光学研究和应用具有重要意义。
七、参考文献[1] 瞿晓星, 王宇, 李明, 等. 平行光管的研究及应用[J]. 中国光学, 2018, 11(1): 64-70.[2] 邓小勇, 张航, 吴江, 等. 平行光管的设计与制作[J]. 中国光学, 2019, 12(3): 409-415.八、附录实验所用材料：平行光管、光源、反射镜、透镜等。
平行光管实验报告平行光管实验报告引言：平行光管实验是一种常见的光学实验，通过观察光线在平行光管中的传播和折射现象，可以帮助我们更好地理解光的传播规律和光的性质。
本次实验旨在验证光在平行光管中的传播路径，并探究光的折射规律。
实验材料与仪器：1. 平行光管：一种透明的长方形玻璃管，两侧边界平行。
2. 光源：如白炽灯或激光器。
3. 直尺和刻度尺：用于测量平行光管的长度和角度。
4. 透明介质：如水或油，用于改变光的传播介质。
实验步骤：1. 准备工作：将平行光管放置在水平桌面上，确保两侧边界平行。
2. 光线传播观察：将光源放置在平行光管的一端，观察光线在管内的传播路径。
注意观察光线在平行光管内的折射现象。
3. 角度测量：使用直尺和刻度尺测量光线入射和出射的角度，并记录数据。
4. 介质改变：将透明介质（如水或油）倒入平行光管中，观察光线在不同介质中的传播路径和折射现象。
5. 角度测量与数据分析：重复步骤3，测量不同介质中的入射和出射角度，并记录数据。
比较不同介质中的折射角度，分析其规律。
实验结果与讨论：通过观察和测量，我们可以得出以下结论：1. 光线在平行光管中的传播路径呈直线状，这符合光的直线传播规律。
2. 光线在平行光管中的折射现象符合斯涅尔定律，即入射角和折射角之间的正弦比等于两介质的折射率之比。
3. 光线在不同介质中的传播路径和折射现象会发生改变。
当光线由一种介质进入另一种介质时，折射角度会发生变化，这是由于不同介质的折射率不同所致。
4. 当光线由光疏介质（如空气）进入光密介质（如水）时，折射角度会减小；反之，当光线由光密介质进入光疏介质时，折射角度会增大。
这与斯涅尔定律一致。
实验误差与改进：在实验过程中，由于实验条件和仪器精度的限制，可能会存在一定的误差。
为减小误差，可以采取以下改进措施：1. 使用更精确的测量工具，如显微镜或激光测距仪，来测量角度和长度。
2. 在实验中使用更稳定的光源，如激光器，以减小光的散射和干涉现象对实验结果的影响。
高精度平行光管概述光管是一种用于产生平行光束的装置，其应用广泛，例如在激光器、光学测量设备以及光学通信系统中都有重要的作用。
本文将详细探讨高精度平行光管的相关内容，包括结构、工作原理、制造工艺以及应用领域等。
结构高精度平行光管是一种由多个透镜组成的光学装置，它们的结构设计旨在能够将入射光束聚焦成平行的输出光束。
一般来说，高精度平行光管主要包括以下几个部分：1.光源：高精度平行光管通常使用激光器或者LED作为光源，激光器具有高亮度和方向性好的特点，适用于对光束要求较高的应用。
2.透镜系统：透镜系统是高精度平行光管的关键组成部分，它由多个透镜组成，根据光学成像原理对入射光束进行调节和改变，使其能够聚焦成平行的输出光束。
透镜系统通常包括凹透镜、凸透镜、棱镜等，通过调整透镜的组合和位置可以实现对光束的精确控制。
3.控制装置：高精度平行光管通常需要配备相应的控制装置，用于调整透镜的位置和角度，以达到所需的光束输出效果。
控制装置可以采用机械控制或者电子控制的方式，通过精确的调节可以实现高精度平行光束的生成。
工作原理高精度平行光管的工作原理基于几何光学的基本原理。
当入射光束通过透镜系统时，透镜会对光束进行折射或反射，并根据透镜的形状和组合将光束聚焦到特定位置。
对于平行光源而言，透镜系统的设计目标是使光束的聚焦点尽可能地接近无穷远处，即将光束聚焦成尽可能平行的输出光束。
具体而言，高精度平行光管的工作流程如下：1.光源发出的平行光束通过透镜系统，经过折射或反射后进行光线的改变。
2.透镜系统将光束进行准直作用，即使光束尽可能聚焦成尽可能平行的输出光束。
3.控制装置根据需要对透镜系统进行精确定位和调整，以确保光束输出达到所需的精度和平行度。
制造工艺制造高精度平行光管需要采用精密的加工和装配技术，以确保光学元件的精度和稳定性。
以下是制造高精度平行光管的一般工艺流程：1.材料选择：选择光学材料，如光学玻璃、光学塑料等，以满足光学要求。
平行光管实验报告实验目的：本实验旨在通过使用平行光管，观察光的直线传播和反射定律，并验证光的直线传播和反射定律。
实验仪器和材料：1. 平行光管2. 光源3. 屏幕4. 测角器5. 直尺实验原理：在真空或均匀介质中，光线向一定方向传播时，其传播方向可以看作是一条直线。
平行光管是一种光学仪器，常用于验证光的直线传播和反射定律。
当平行光管中的光线射入后，会在内壁来回多次反射，形成平行光束。
实验步骤：1. 将光源置于平行光管的一端，使光线垂直射入平行光管；2. 调整平行光管的角度，使得光线在管内多次反射，并沿着管的中心线传播；3. 将屏幕放置在光管的另一端，观察反射后的光线在屏幕上的投影；4. 使用测角器和直尺测量入射角和反射角，验证光的反射定律。
实验数据处理：根据实验数据，可以绘制入射角和反射角之间的关系图，并通过直线拟合的方法验证光的反射定律是否成立。
实验数据的准确性和实验的重现性是验证结论有效性的重要依据。
实验结论：通过本实验，我们验证了光的直线传播和反射定律，即入射角等于反射角。
实验结果与理论预期相符合，充分说明了光的直线传播和反射定律的正确性。
同时也加深了我们对光学原理的理解和实验操作能力的提高。
实验注意事项：1. 实验过程中注意保持实验环境的整洁，避免灰尘等杂物影响实验结果；2. 操作实验仪器时要轻拿轻放，确保实验仪器的完好性；3. 注意安全操作，避免光线直接照射眼睛，以免对视力造成损害。
综上所述，平行光管实验深入理解了光的直线传播和反射定律，并通过实验验证了其有效性。
这不仅有助于我们加深对光学原理的理解，同时也培养了我们的实验操作能力和数据处理能力。
希望通过这次实验，能让大家更加深入地了解光学知识，为今后的学习和科研打下坚实基础。
一种新型多波段大口径平行光管的设计高明辉;李丽富;徐敬礼;鲍金河【摘要】平行光管是光学仪器装调、检测领域常用的标校设备.随着目前光学仪器向着大口径、长焦距、多波段方向的发展,仪器的口径与焦距都远远超出常规平行光管的适用范围.因此,为了保证其检测精度,需使用超出常规的平行光管,这就给光学加工,尤其是机械支撑提出了很高的要求,针对此问题提出了一种新型的大口径平行光管的设计,在传统平行光管应用原理的基础上,采用一种分体式软连接新型机械结构,该设计结构不仅可以降低长焦距、大口径光管的分段连接难度,而且减轻了整个光管的质量,从而可以很大程度上提高检测、装调的效率,降低制造成本.【期刊名称】《红外与激光工程》【年(卷),期】2009(038)004【总页数】4页(P698-701)【关键词】大口径平行光管;多波段;分体式;软连接【作者】高明辉;李丽富;徐敬礼;鲍金河【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;空军航空大学,吉林,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】工业技术第 38 卷第 4 期红外与激光工程2()()t) 年 8 月 V01.38No.4 Infrared andLaserEngineering Aug.2009_______________---..._..-_______一_________._______________________________________________一种新型多波段大口径平行光管的设计高明辉 1 ，李丽富 1 ，徐敬礼 1 ，鲍金河 z（1 ．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 13003;3 2．空军航空大学，吉林长春 130022 ）摘要：平行光管是光学仪器装调、检测领域常用的标校设备。
第４３卷第１０期２０１４年１０月 光 子 学 报ＡＣＴＡ ＰＨＯＴＯＮＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．４３Ｎｏ．１０Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１４ 基金项目：吉林省重大专项———科技发展计划项目新型光电子器件及应用技术项目（Ｎｏ．２０１００６１０）、吉林省科技发展计划资助项目（Ｎｏｓ．２００８０３３１，２００９０５５５）和高功率半导体激光国家重点实验室科研基金（Ｎｏ．９１４００３１０４０５）资助第一作者：王劲松（１９７３－）男，副教授，硕士，主要研究方向为光电仪器检测．Ｅｍａｉｌ：ｓｏｌｄｉｅｒ＿１９７３＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：牛津（１９８８－），女，硕士，主要研究方向为光学设计与光电技术检测．Ｅｍａｉｌ：ｎｉｕｊｉｎ０６１５＠１６３．ｃｏｍ收稿日期：２０１４－０１－２１；录用日期：２０１４－０７－２２ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．ｐｈｏｔｏｎ．ａｃ．ｃｎｄｏｉ：１０．３７８８／ｇｚｘｂ２０１４４３１０．１０２２００５大视场透射式红外平行光管系统设计王劲松１，牛津２，马英３，王明４，胡迈１（１长春理工大学光电工程学院，长春１３００００）（２中国兵器工业第二〇八研究所，北京１０２２０２）（３河北承德技师学院，河北承德０６７０００）（４中国人民解放军６３８５６部队，吉林白城１３７０００）摘 要：为了满足红外检测设备大视场、高像质、易便携的要求，设计了工作波段为８～１４μｍ、全视场大于等于２４°、孔径为１３０ｍｍ的大视场透射式红外平行光管系统．采用三片式摄远物镜结构，并加入一片非球面解决了三片透射式系统像差难以平衡的难题．根据光学设计理论对系统进行多层次优化设计，最终得到了在全视场内的红外平行光管设计结果，其中不同波长所对应的各焦距位置在２０ｌｐ／ｍｍ处的调制传递函数不低于２０％、畸变小于１％，其优点是大视场、高分辨率、成像质量好、结构简单，可以为各种红外热像仪、军用红外瞄具的性能参数检测系统提供高像质、高分辨率的无穷远红外目标源．成功研制一台应用样机，并于加工装调后进行了应用验证试验，结果表明样机获取图像清晰准确，能够满足测试要求．关键词：光学；红外平行光管；光学设计；摄远物镜；大视场中图分类号：ＴＨ７０３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－４２１３（２０１４）１０－１０２２００５－８Ｗｉｄｅ－ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ ＤｅｓｉｇｎＷＡＮＧ Ｊｉｎ－ｓｏｎｇ１，ＮＩＵ Ｊｉｎ２，ＭＡ Ｙｉｎｇ３，ＷＡＮＧ Ｍｉｎｇ４，ＨＵ Ｍａｉ １（１ Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００００，Ｃｈｉｎａ）（２ ＮＯ．２０８ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０２２０２ Ｃｈｉｎａ）（３ Ｈｅｂｅｉ Ｃｈｅｎｇｄｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ，Ｃｈｅｎｇｄｅ，Ｈｅｉｂｅｉ，０６７０００，Ｃｈｉｎａ）（４ ＮＯ．６３８５６ Ｐｅｏｐｌｅ′ｓ Ｌｉｂｅｒａｔｉｏｎ Ａｒｍｙ ｔｒｏｏｐｓ，Ｂａｉｃｈｅｎｇ，Ｊｉｌｉｎ１３７０００）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｗｉｄｅ－ｆｉｅｌｄ，ｈｉｇｈ ｉｍａｇｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｅａｓｙ ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ａ ｌａｒｇｅ ｆｉｅｌｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｗｏｒｋｉｎｇ ｂａｎｄ ｏｆ ８～１４μｍ，ｆｕｌｌ ｆｉｅｌｄ≥２４°，ａｐｅｒｔｕｒｅ ｏｆ １３０ｍｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａ ｓｉｍｐｌｅ ｔｈｒｅｅ－ｔｙｐｅ ｔｅｌｅｐｈｏｔｏ ｌｅｎｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａ ｎｏｎ－ｓｐｈｅｒｉｃａｌｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｈｏｗ ｔｏ ｂａｌａｎｃｅ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｌｅｖｅｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ，ｅｖｅｎｔｕａｌｌｙ ａ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｔｈｅ ＭＴＦ ａｔ ２０ｌｐ／ｍｍ ｗａｓ ｎｏｔ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ２０％，ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒａｔｅｉｎｆｉｎｉｔｙ ｗａｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １％ｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ．Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｒｅ ｗｉｄｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ，ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｇｏｏｄ ｉｍａｇｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｈｉｇｈ ｉｍａｇｅ ｑｕａｌｉｔｙ，ｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｓｏｕｒｃｅ ａｔ ｉｎｆｉｎｉｔｙｆｏｒ ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ，ｍｉｌｉｔａｒｙ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｓｉｇｈｔｓ．Ａｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｃａｎ ｇｅｔ ｃｌｅａｒ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ ｉｍａｇｅｓ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｏｐｔｉｃｓ；Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ；Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ；Ｔｅｌｅｐｈｏｔｏ ｌｅｎｓ；Ｗｉｄｅ－ｆｉｅｌｄＯＣＩＳ Ｃｏｄｅｓ：１２０．１６８０；１２０．４８２０；２２０．１０００；２２０．３６２０；２６０．３０６０１－５００２２０１光 子 学 报０ 引言红外平行光管作为一种光学度量仪器是各种红外成像光学系统性能检测的重要设备．目前，各种红外热像仪、军用红外瞄准镜朝大视场、高分辨率的方向发展，且视场远远超出常规平行光管的适用范围．因此，有必要提出一个适合各类型号的红外热像仪、军用瞄准镜性能参数检测的总体方案，并设计一套大视场透射式红外平行光管系统．现阶段，国内外在透射式红外平行光管的研制、方法和技术等方面的发展日新月异．国外在开发用于对红外成像设备进行性能参数检测的多种类红外平行光管方面，比较突出的有ＯＰＴＩＫＯＳ公司和ＣＩ公司［１－３］．美国研制了一种应用于高级陆地成像仪质量检测的准直仪，准直系统在±１．６°的视场范围内达到衍射极限．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所设计了一套８～１４μｍ波段的准直光学系统，视场角为±４°，光瞳直径为１００ｍｍ，并将其应用在红外场景产生器上．为了满足导弹红外成像系统的调试和检验，哈尔滨工业大学针设计了一套检测系统，其红外平行光管物镜采用柯克３片式结构，且为像方远心光路，视场角不小于－１１°±０．３°，是目前国内可查阅的较大视场的透射式红外平行光管．南京工业大学设计了一台大视场平行光管光学系统，视场角设计为±１５°，用途是检测战斗机的仪表，相当于平显仪，但是成像质量较低，物镜组重量较大，不适用于便携式的小型热像仪、光学瞄准镜的检测．为了扩展光谱应用范围，目前普遍采用反射式光学系统，但反射式系统存在中心遮拦导致调制传遍函数（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＭＴＦ）降低、次镜支撑对准困难、易受杂散辐射影响、安装误差灵敏度高、装配难度大、机构设计复杂、成本高等问题［４－８］．鉴于此，设计的红外平行光管需要满足：ｌ）相对孔径较大并且不能存在中心遮拦问题，具有高的集光能力，满足高指标的探测能力；２）视场足够大，且可以提供稳定的平像场；３）提供成像质量具有接近衍射极限的无穷远目标源；４）针对有关探测弱信号的性能参数，要求具有消除杂散光和抑制冷反射的能力；５）在宽的温度变化范围内不产生离焦现象，具有良好的热稳定性；６）具有结构简单、质量轻、方便携带运输的特点．本文设计了一套工作波段为８～１４μｍ、全视场大于等于２４°、孔径为１３０ｍｍ的大视场透射式红外平行光管系统，且分辨率高、成像质量好、结构简单，可以为各种红外热像仪、军用红外瞄具的性能参数检测系统提供高像质、高分辨率的无穷远红外目标源．１ 系统组成大视场红外平行光管光学系统原理如图１，系统由黑体及控制系统、红外靶标组件和大视场红外平行光管物镜组成．黑体发出的红外辐射通过红外靶标形成红外辐射温差，与黑体连接的黑体控制器用于设定、显示黑体温度．黑体控制器通过串口与计算机连接，在计算机上也可以实现对黑体的温度显示、记录．红外辐射温差通过大视场红外平行光管物镜投射到待测红外瞄准镜的入瞳内，被红外瞄准镜接收，由视频输出设备将红外瞄准镜的视频信号传入计算机，进行信号采集、数据处理和红外瞄准镜相关性能参数的检测．这样，大视场红外平行光管就为被试红外瞄准镜提供了模拟自然环境不同温差的红外辐射温差，作为被测系统的红外应力源．图１ 大视场红外平行光管系统原理Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｗｉｄｅ ｆｉｅｌｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ２－５００２２０１王劲松，等：一种大视场透射式红外平行光管系统设计２ 光学系统设计２．１ 黑体及控制系统选取黑体主要由温度控制器、热源、辐射孔、温度、背景传感器、放大器、电源、电缆、散热器等组成．其工作原理为：首先得由背景传感器和黑体表面的温度传感器得到的数值差输入到温差控制器中，经过温差控制器的计算后，将电能输送到热源上，此时热源温度就相应地改变到设定数值；之后，由热源发出的红外辐射通过辐射孔向外发射出去，透过不同类型的靶板之后形成相应图案的热图；最后，不同图案的热图经过挡板上的孔辐射出去，最终进入红外平行光管物镜系统，为测试提供相应的无穷远目标源．对于轻武器红外瞄准镜，使用的红外探测器通常为非制冷型，其有效探测波长范围为８～１４μｍ，５０℃、２０℃及－４０℃的黑体对应此波长范围的相对辐射出射度分别为２．４０×１０－２ Ｗ·ｃｍ－２、１．５５×１０－２ Ｗ·ｃｍ－２、４．７７×１０－３ Ｗ·ｃｍ－２．由此可见，黑体温度不同，其相对辐射出射度不同，但相差不大，常温黑体就可以满足红外瞄准镜性能参数的检测需要．根据当前红外瞄准镜实际情况，设计黑体波长范围为８～１４μｍ，工作温度为５℃～７０℃，有效辐射面５０ｍｍ×５０ｍｍ，温度分辨率０．０１℃，黑体有效发射率０．９５，控温精度≤０．５℃，温度稳定性±０．１℃／ｈ．红外靶标与背景温差由黑体控制器控制．采用差分控制，差分温度范围为－１５．００℃～５０．００℃（以２０℃为标准温度）．设置所需要的温差△ｔ，将此差值送入温差控制器内部，与温差传感器送来的信号进行比较，黑体控制器就可以自动控制黑体与红外靶温差值．温差控制电路原理如图２．图２ 黑体温度控制原理Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｂｌａｃｋｂｏｄｙ黑体温度控制有绝对温度和差分温度两种控制模式，可按照需要进行切换．２．２ 红外靶标组件设计红外靶标设计为十字靶标、四杆靶标、圆孔靶标、狭缝靶标、半月靶标和空白靶标六种．靶标做成圆形，直径１２７ｍｍ，通光口径５０ｍｍ；靶标基底厚０．２ｍｍ，靶标误差≤４％．靶标的分划形式及规格如图３．图３ 红外靶标设计Ｆｉｇ．３ Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｄｅｓｉｇｎ十字靶标分划线宽设计了３种规格：１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ，使用时根据需要安装在靶标架上．四杆靶标分划线宽设计３种规格：等宽间距１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ，长度５０ｍｍ．使用时根据需要安装在靶标架上．其余靶标均有类似不同规格设计，由于靶标类型繁多，不再赘述．靶板采用铜板制作，镂空部分直接透射红外辐射；未镂空部分一侧镀有高反射膜，另一侧喷涂长波红外吸收涂料．靶标选择器由靶标控制器、位置传感器、步进电机、靶盘、靶标、角度调整器、挡板等组成．靶标控制器原理如图４．图４ 靶标控制器原理Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ选择靶位的控制信号进入转轮控制器，与位置传感器信号比较，计算出目标靶所在位置，确定所需靶标．按位置控制键，靶盘自动将所选靶对准辐射孔，若有偏差可进行微调．位置控制器对角度位置进行精确的位置控制，可设置五个位置点．２．３ 物镜设计大视场红外平行光管物镜是主要部件之一，用于出射所需要的平行光束，为红外检测系统提供一个高精度、像质清晰的无穷远红外目标像．红外平行光管的主要技术参数有视场２θ、光学系统Ｆ数、焦距ｆ′、通光口径Ｄ．１）视场红外平行光管的视场依据红外被试品所需最大视场而确定，并适当增大．根据调研，目前常用红外瞄准３－５００２２０１光 子 学 报镜最大视场≤２０°，民用的红外热像仪大致在１０°左右，本文将红外平行光管的全视场角定为２θ≥２４°，这是目前可查阅范围内的透射式红外平行光管首次提出的最大视场，以满足目前市场上各种红外热成像仪和多种型号红外瞄准镜性能参数检测．２）Ｆ数由几何光学知，理想的点光源经过光学系统之后，在像空间的像面上的成像不是一个像点，而是一个弥散斑，称为艾里斑．艾里斑的尺寸是光学系统的性能的重要参数，光学系统性能好坏与艾里斑的尺寸成反比．与此同时，光学设计时还要考虑系统的能量利用率，这就要求系统的艾里斑落尽量落在探测器的１～２个像元内．通过物理光学的衍射理论可知，艾里斑直径的计算公式为Ｄａｉｒｙ＝２．４４λＦ＝２．４４κｆ′Ｄ０（１）式中，λ为光学系统波长，Ｆ是光学系统Ｆ数．由式（１）可知Ｆ＝ｆ′／Ｄ０＝Ｄａｉｒｙ／２．４４λ（２）设计采用工作谱段λ＝８～１２μｍ，当Ｄａｉｒｙ＝５０μｍ时，代入式（２）计算得光学系统的Ｆ数为Ｆ＝１．７０～２．５６（３）要想提高所设计的光学系统的通光能力和成像质量，理论上需要使得Ｆ数尽可能的减小．但是，随着Ｆ数的减小，光学系统的设计和加工难度就逐渐增大，因此，综合考虑选择大视场红外平行光管物镜的Ｆ＝２．３．３）焦距ｆ′红外平行光管物镜的焦距ｆ′，视场角２θ和探测器尺寸Ｌ的关系为Ｌ＝２ｆ′ｔａｎθ（４）可知，探测器尺寸Ｌ与光管物镜的焦距ｆ′、视场角２θ成正比，随着ｆ′和半视场角θ的增大，探测器尺寸也成倍增加．光学系统空间分辨率与焦距ｆ′之间的关系为δ＝α／ｆ′（５）式中，δ为空间分辨率，α为探测器单个像元尺寸．由式（４）、（５）可知，当探测器件尺寸保持不变，焦距ｆ′与空间分辨率δ成正比例关系，与视场角２θ成反比例关系．当焦距增大时，空间分辨率也成倍增大，视场角相应减小．因此，红外平行光管系统物镜焦距的选择要同时考虑空间分辨率δ和视场角２θ两个因素的影响．综合多方面考虑，本文设计的红外平行光管物镜的焦距定为ｆ′＝３００ｍｍ．４）通光口径Ｄ的选取由于Ｆ＝２．３，ｆ′＝３００ｍｍ，光学系统通光口径为Ｄ＝ｆ′／Ｆ＝１３０ｍｍ（６）５）红外光学材料为了满足红外光学仪器的使用要求，要求红外光学材料具有特定的化学及物理特性．红外光学材料对光波的透过能力以及所能透射的光谱宽度受材料本身组成结构的影响，除了对红外波段具有一定的透过率，对其他光波段不具透过性．通常情况下，红外光学系统要求红外透射材料的透过率Ｔ＞５０％，才能满足使用要求．并且当红外光学材料处于高温环境中时，要保证工作谱段红外光线的自辐射足够小，才能避免部分失真信号传入红外探测器中从而影响成像质量．红外光学材料的选取需要适应所需设计的大视场红外平行光管物镜系统的工作波段范围，本文设计要求的工作波段为λ＝８～１４μｍ，不仅要求选用的红外光学材料对λ＝８～１４μｍ光谱段的透过能力高，并且要求热学、力学等方面的性能好，在各种不同环境适应能力强．Ｇｅ材料是一种优质的红外透射型材料，它不仅色散系数值小，折射率大，而且在８～１４μｍ波段内的透过能力很高．经过对比，三片镜片选用单晶锗作为红外光学材料．６）光学结构选取正确的光学系统设计型式，即光学结构的选取，通常是光学设计工作的关键．目前面阵红外探测器不断向前发展，透射式光学系统的结构简单，装调相对容易，更不需要必要的光机扫描，并且可以加入非球面降低系统的像差校正难度，因而对于红外光学系统的结构选取，光学设计者大多使用透射式光学结构．相对于反射式平行光管结构，采用透射式红外平行光管结构，不仅不存在中心遮拦对成像质量的影响问题，而且能够较容易地解决防水、抗震、体积偏大、重量偏重等难题，一定程度上降低了对测试人员的要求．综合考虑，设计的红外平行光管物镜选用透射式光学系统．常见的透射式物镜有单片新月形物镜、双胶合消色差物镜、匹兹伐物镜、三片式柯克物镜、天塞物镜、双高斯物镜、摄远物镜、广角物镜等多种形式的光学系统，综合各物镜的适用范围和结构特点，选择摄远型光学结构．摄远物镜是由一个正光焦度组和一个相对距离较远的负光焦度组所构成的长焦距物镜，有时也可以在双胶物镜后直接加一块厚的弯月形透镜作为摄远物镜的简单型式．具有正光焦度的前组主要用来对目标生成实像，具有负光焦度的后组可以在一定范围内加大整个物镜系统的焦距．首先在系统结构方面，摄远物镜的最大特点是其系统总长控制在焦距内，这样就大大减小了物镜系统的体积．另外，在成像质量方面，摄远物镜不仅能够校正色差、像散、球差和彗差，具有负光焦度的后组还可以对场曲、畸变也进行很好的校４－５００２２０１王劲松，等：一种大视场透射式红外平行光管系统设计正［５３］．尤其是摄远物镜可以提供的视场角很大，使它校正像差的能力能够发挥的更加完善，完全可以满足结构小巧、像质优良的设计要求．摄远物镜结构形式种类较多、改进角度各异，遵循系统简易化、低成本的要求，采用非球面技术，选用三片式摄远型透射式结构作为大视场红外平行光管的光学基本结构．分析、计算得到用于红外瞄具性能参数检测系统的红外平行光管光学系统初始参数如表１．表１ 红外平行光管光学系统初始参数Ｔａｂｌｅ １ Ｉｎｉｔｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｏｐｔｉｃｓｙｓｔｅｍＷｏｒｋ－ｓｐｅｃｔｒａｌＦｉｅｌｄ ｏｆｖｉｅｗＦｎｕｍｂｅｒＦｏｃａｌｌｅｎｇｔｈＡｐｅｒｔｕｒｅＯｐｔｉｃａｌｍａｔｅｒｉａｌｓμｍ ２４°２．３ ３００ｍｍ １３０ｍｍ Ｇｅ 通常红外透射式光学系统需要在最前面加一片保护平板，它具有高穿透、透射距离远、杂散信号干扰小等特点．３ 优化设计及象质评价综合考虑光学系统透过率、成像质量和大视场要求，红外平行光管采用三片透射式光学系统，一片透镜为非球面，材料为锗玻璃，外露表面镀硬碳膜，光学系统前面加一片保护平板．工作波段为８～１４μｍ、视场２θ≥２４°、孔径为Ф１３０ｍｍ．将初始结构参数输入ＺＥＭＡＸ软件，大视场红外平行光管系统光路图如图５．图５ 红外平行光管系统光路Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒｓｙｓｔｅｍ光学系统所成的像应该足够清晰、物像相似、变形要小，评价光学系统成像质量好坏的标准是实际光学系统产生像差的大小．像差越小，光学系统的成像质量越好［１０－１１］．大视场红外平行光管物镜初始结构参数只保证了系统在８～１４μｍ波长范围的近轴区域内像方焦点位置相同，使得诸如初级球差、初级彗差、色散等近轴像差得以减小．但当视场和孔径增大时，边缘视场的光线只要使用透镜元件的外围区域，就会产生很大的像散、畸变、横向色差、轴上高级球差、三级彗差等高级像差，这些像差既明显又不易校正．图６ 物镜初始结构的赛德尔条形图Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｂａｒ ｇｒａｐｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｅｉｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ采用ＺＥＭＡＸ软件输出物镜初始结构的赛德尔条形图来对整个系统的像差情况进行分析，找到优化设计的方向，如图６，设计的大视场红外平行光管物镜采用三片式结构，一共有６个透镜表面，每个表面产生的像差大小比例在赛德尔条形图上可以清楚地看到．首先，轴上高级球差的产生主要是由第二块透镜的两个面（第３面和第４面）上产生的．由于光线的投射高度Δｈ比较大，第３面上产生负高级球差和第四面上产生的正高级球差所占比例最大，并且二者不能相互抵消．因此，减少高级球差的方法之一是减小光线的投射高度Δｈ，并且需要使第３面和第４面距离减小而又不能影响Ｐｅｔｚｖａｌ和的校正，这就要求距离较远的第二块透镜和第三块透镜进行增厚处理．（此时，第３、４面产生的高级球差大致相互抵消后，加大第１面的曲率，可以使初级球差和高级球差相互平衡，从而减小整个物镜系统的球差值．其次，高级色差是孔径的函数，表现为色球差的变化，孔径增大导致色差值也增大．平衡系统色球差要注意两个细节：１）必须降低系统的轴上高级球差；２）合理分配各个镜片的光焦度，使初级色差和高级色差相平衡，满足８μｍ、１０μｍ、１４μｍ谱段的光在０．７０７ １孔径处尽量重合．最后，由于第５、６个面的半径指向孔径光阑的反方向，不仅使得轴外主光线入射角ｉｐ很大，而且使得主光线投射高度Δｈｐ也很大．从赛德尔条形图上可以明显看到物镜初始结构的像散、场曲值很大，全部集中在第５、６面上，并且第６面产生的正像散难以抵消第５面产生的的负像散．解决的方法是尽量减小投射高度Δｈｐ．因此，想要平衡像散值，同样需要将第二块透镜和第三快透镜增厚处理．当第５、６面的像散得以相互抵消后，再调整第一块透镜（孔径光阑）与第二块透镜之间的相对位置，就降低整个系统的像散值．根据分析，大视场红外平行光管物镜优化设计的第一步是将第二、三块透镜厚透镜化，也就是在保证初５－５００２２０１光 子 学 报始结构分离形式的光焦度分配和Ｐｅｔｚｖａｌ校正好的前提下，使光在透镜内部的光程与正负光焦度分离后的空气光程相等．这样厚透镜化的第二块透镜的前主面与第三块透镜的后主面之间的光程，等于正负光焦度分离之后的光程，因而减小了投射高度Δｈｐ和主光线投射高度Δｈｐ，将系统的高级球差和像散相互抵消到最小．之后，在ＺＥＭＡＸ光学设计软件中仿真模拟出红外平行光管物镜的成像物体，将其位于无限远，并保持各个透镜的空气间隔不变，设置每个面的曲率为变量，使光线在光阑上高度不变．为了提高红外平行光管的象质，在设计中将平行平板后的第一面设计为非球面，从而得到大视场红外平行光管物镜的初步优化结构．最后，利用光学设计软件ＺＥＭＡＸ进行仿真优化，加入非球面后，深层优化设计后的系统光路图、垂轴像差曲线、点列图、ＭＴＦ曲线以及场曲、畸变曲线图、像点能量分布图、点扩散函数曲线图，分别如图７～１３所示．图７ 加入非球面优化后的系统光路图Ｆｉｇ．７ Ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ａｄｄｅｄ ａｓｐｈｅｒｉｃａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ图８ 加入非球面优化后的垂轴象差曲线Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｘｉｓ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ａ ａｓｐｈｅｒｉｃ设计的系统加入非球面后，通过特性曲线可以看出，垂轴像差的最大值小于１５０μｍ，因为系统的垂轴像差一般小于２λＦ２，故符合系统的要求．仔细观察系统的点列图可知，每个视场内光斑均方根半径都小于红外瞄准镜的象元尺寸５０μｍ，而且都小于每个视场的艾利斑，８５％的能量集中在一个象元内；由图１０知，所有视场在２０ｌｐ／ｍｍ空间频率下系统的ＭＴＦ均不低于２０％，尤其是对轴外像差与孔径高级像差的校正效果明显．由图１１可以看出，所设计的红外平行光管物镜的畸变值为０．６５％，完全符合要求．由图１２和图１３可以看出，从能量和衍射的角度来看，设计的红外平行光管物镜绝大部分能量主要集中在高斯像点附近，以高斯像点为中心半径为１０．２５μｍ的包容圆内，所包容的能量达到８０％以上．大视场红外平行光管物镜的成像质量优良，各个像差值完全符合红外平行光管的设计指标．图９ 加入非球面优化后的点列图Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ ｓｐｏｔ ｄｉａｇｒａｍ ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ａ ａｓｐｈｅｒｉｃ图１０ 加入非球面优化后的ＭＴＦ图Ｆｉｇ．１０ Ｔｈｅ ＭＴＦ ｄｉａｇｒａｍ ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ａ ａｓｐｈｅｒｉｃ图１１ 加入非球面优化后的场曲、畸变图Ｆｉｇ．１１ Ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｆｉｇｕｒｅ ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇａ ａｓｐｈｅｒｉｃ６－５００２２０１王劲松，等：一种大视场透射式红外平行光管系统设计图１２ 加入非球面优化后像点能量分布图Ｆｉｇ．１２ Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔｓ ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ａａｓｐｈｅｒｉｃ图１３ 加入非球面优化后的点扩散函数图Ｆｉｇ．１３ Ｔｈｅ ｓｐｒｅａｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｓｐｈｅｒｉｃ ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇａ ａｓｐｈｅｒｉｃ４ 样机研制与应用实验４．１ 样机研制根据设计结果，研制了一台大视场透射式红外平行光管系统实用样机，如图１４，图１５为大视场透射式平行光管实物图．图１４ 大视场透射式红外平行光管系统实物样机Ｆｉｇ．１４ Ｗｉｄｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ图１５ 大视场透射式红外平行光管实物图Ｆｉｇ．１５ Ｗｉｄｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒｐｈｙｓｉｃａｌ ｍａｐ４．２ 应用试验将设计的大视场透射式红外平行光管样机的视场、畸变、ＭＴＦ值的参数进行分析和实验验证．４．２．１ 视场的测试分析采用红外瞄具结合精密转台（或多齿分度台）进行视场的测试，将一测试合格的红外瞄准镜固定在分辨力为０．０１°的ＡＢＲＴ精密转台上，放置在红外平行光管的出瞳处，通过红外瞄准镜瞄准设计的红外平行光管的左右视场边界，通过精密转台分别读出对应两个边界的角度值，其差值即为平行光管的视场．采用此方法测量的平行光管水平视场为２４．７°，垂直视场为２４．６°．由测试结果可知，平行光管视场达到了设计的大视场要求．４．２．２ 畸变的测试分析利用红外瞄准镜和精密转台分别对准测量平行光管十字分划视场边缘宽度和视场中心宽度，进而计算出全视场畸变大小．实际测量结果水平方向畸变为０．６６％，垂直方向畸变０．７２％，达到了设计的畸变小于１％的要求．４．２．３ ＭＴＦ的测试分析这里只对平行光管的准直物镜进行测试，采用长波红外传函仪进行了传递函数的测量．结果表明：在２０ １ｐ／ｍｍ时，衍射极限的ＭＴＦ值为０．３，而实际系统的实测结果为０．２６，基本达到衍射极限．５ 结论设计了一套大视场透射式红外平行光管，工作波段为８～１４μｍ、全视场２θ≥２４°、孔径为１３０ｍｍ．成像质量在要求温度范围内２０ｌｐ／ｍｍ处的ＭＴＦ值不低于２０％，畸变小于１％，能够为各类型红外热像仪、军用瞄具的性能参数检测提供了一个高像质、高分辨率的大视场、无穷远红外目标源，解决了现有仪器无法满足目前新发展的大视场红外瞄准镜及红外热像仪检测要求的难题，从而可以完成对红外瞄准镜的零位走动量、最小可分辨温差、噪声等效温差、调制传递函数、视场角以及高低温环境下可靠性等性能等参数的检测．７－５００２２０１光 子 学 报参考文献［１］ ＫＩＭ Ｓ，ＹＡＮＧ Ｈ，ＬＥＥ Ｙ．Ｍｅｒｉｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｗｏ－ｍｉｒｒｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，２００７，１５（０８）：５０５９－５０６９．［２］ ＧＵＡＮ Ｚｉ－ｙｉｎｇ，ＫＡＮＧ Ｌｉ－ｘｉｎ，ＧＡＯ Ｗｅｉ－ｚｈｉ，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｄｅｓｉｇｎ［Ｃ］．Ｓｅｃｏｎｄ ｓｅｓｓｉｏｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｅｓｔ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ．２００８：５８６－５８８．关英姿，康立新，高伟志等．折射式红外平行光管设计［Ｃ］．第二届红外成像系统仿真、测试与评价技术研讨会论文集．２００８：５８６－５８８．［３］ ＫＩＭ Ｅ Ｗ，ＫＩＭ Ｙ Ｊ．Ａｄｖａｎｃｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｕｓｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒｓ，［Ｊ］．Ｔｈｅ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，３６（Ｓｕｐ）：１２５４－１２５７．［４］ ＭＡ Ｊｉｅ，ＺＥＮＧ Ｙｕ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｆｆ－ａｘｉｓ ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒｌｅｎｓ １．０６／１．５４μｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌａｓｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，３２（２）：８１－８３．马洁，曾宇．基于１．０６／１．５４μｍ激光的离轴折反式平行光管物镜设计［Ｊ］．红外技术，２０１０，３２（２）：８１－８３．［５］ ＬＩ Ｈｏｎｇ－ｚｈｕａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｅｎ－ｄｕｏ，ＣＡＯ Ｊｉｎｇ－ｔａｉ，ｅｔ ａｌ．Ｈｉｇｈｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｚｏｏｍ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｏｔｏｎｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１２，４１（３）：３５８－３６３．李宏壮，张振铎，曹景太，等．长焦距超高倍率变焦距光学系统设计［Ｊ］．光子学报，２０１２，４１（３）：３５８－３６３．［６］ ＨＵＡＮＧ Ｌｅｉ，ＨＵ Ｗｅｎ－ｗｅｎ，ＹＡＮＧ Ｚｈｉ－ｗｅｎ．Ｂｒｏａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｌｏｎｇ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｌｅｎｓ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．Ｉｎｆｒａｒｅｄａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３６（Ｓ２）：１２５２１２７．黄雷，胡雯雯，杨志文．宽光谱、长焦距准直物镜光学设计［Ｊ］．红外与激光工程，２００７，３６（Ｓ２）：１２５２１２７．［７］ ＭＩＡＯ Ｘｉｎｇ－ｈｕａ．ＸＵＥ Ｍｉｎｇ－ｑｉｕ．ＡＮ Ｂａｏ－ｑｉｎｇ．Ｌｏｎｇ ｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ．Ｃｈｉｎｅｓｅ ｐａｔｅｎｔ．ＺＬ Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．９９２５６１０４．３．苗兴华．薛鸣球．安葆青．长焦距平行光管：中国，９９２５６１０４．３［Ｐ］．［８］ ＣＨＥＮＧ Ｈｕｉ－ｑｕａｎ，ＹＡＯ Ｗｅｉ－ｙｏｎｇ，ＹＡＮＧ Ｇｕｏ－ｇｕａｎｇ．Ｔｈｅｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｎａｒｙ ｐａｎｏｒａｍｉｃ ａｎｎｕｌａｒ ｌｅｎｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｐｈｏｔｏｎｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２００１，３０（９）：１１１１－１１１４．程惠全，姚炜勇，杨国光．基于二元光学色差校正的全景环形成象系统设计．光子学报，２００１，３０（９）：１１１１－１１１４．［９］ ＷＡＮＧ Ｈｕ，ＭＩＡＯ Ｘｉｎｇ－ｈｕａ，ＨＵＩ Ｂｉｎｇ．Ｔｈｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｃｔｏｆ ｓｈｏｒｔ ｆｏｃｕｓ ｗｉｄｅ－ａｎｇｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｖｓｔｅｍｌ［Ｊ］．Ａｃｔａ ＰｈｏｔｏｎｉｃａＳｉｎｉｃａ，２００１，３０（１１）：１４０９－１４１２．王虎，苗兴华，惠彬．短焦矩大视场光学系统的畸变校正［Ｊ］光子学报，２００１，３０（１１）：１４０９－１４１２．［１０］ ＺＨＯＵ Ｒｕｉ，ＦＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｃｈｅｎｇ，ＺＨＵ Ｓｈｉ－ｐｉｎｇ．Ｓｐｏｔ ｓｉｚｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｉｍａｇｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，２０００，２１（２）：１７７－１７９周锐，房建成，祝世平．图像测量中光斑尺寸优化及性能分析［Ｊ］．仪器仪表学报，２０００，２１（２）：１７７－１７９．［１３］ ＷＵ Ｘｉａｏ－ｐｉｎｇ，ＺＨＯＵ Ｑｉ－ｂｏ，ＷＵ Ｍａｎ－ｃｈａｎｇ．Ｌａｒｇｅ－ｃａｌｉｂｅｒｌｏｎｇ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ Ｓｃｈｏｏｌｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，１９９３，１５（５）：２６－２８．吴小平，周起勃，吴满昌等．大口径长焦距平行光管系统及其装校光学仪器［Ｊ］．光学仪器．１９９３，１５（５）：２６－２８．［１４］ ＳＨＥＮ Ｗｅｉ－ｍｉｎ，ＸＵＥ Ｍｉｎｇ－ｑｉｕ，ＹＵ Ｊｉａｎ－ｊｕｎ．Ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌａｒｇｅｆｉｅｌｄ ｏｆ ｌａｒｇｅ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｌｏｎｇ－ｗａｖｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌｅｎｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｏｔｏｎｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２００４，３３（４）：４６０－４６３．沈为民，薛鸣球，余建军．大视场大相对孔径长波红外物镜［Ｊ］．光子学报，２００４，３３（４）：４６０－４６３．［１５］ ＳＨＩ Ｊｉｎ－ｆｅｎｇ，ＷＵ Ｑｉｎｇ－ｗｅｎ，ＹＡＮＧ Ｘｉａｎ－ｗｅｉ．Ｌａｒｇｅ－ｃａｌｉｂｅｒｌｏｎｇ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｘｉｓ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ．［Ｊ］．Ｒｅｄ Ｏｕｔｓｉｄｅ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，４２（６）：１６１７－１６２２．石进峰，吴清文，杨献伟．光轴竖直大口径长焦距平行光管热设计［Ｊ］．红外与激光工程，２０１３，４２（６）：１６１７－１６２２．８－５００２２０１。
平行光管的结构和原理
1 平行光管的设计
平行光管由一组平行的，沿着同一方向的光框架组成。
它们的结构非常精致，空隙极小，设计满足各种用途，以满足仪器监测和控制的需要。
比如控制应用的光学系统，可以将嵌入的激光焦点切割为多个脉冲而不改变它的格式，以便进行精密测量。
2 平行光管的优点
平行光管的最大优点就是其极小的像差。
由于它们采用了精密的技术设计，因此可以有效地抑制外部光污染。
另外，它们可以有效地将光线分散成多个脉冲，以解决许多光谱和光学问题。
而且，它们还可以集成到各种光学系统中，以更好地控制光脉冲的分布。
3 平行光管的原理
平行光管是一种分离和分解光脉冲的光学光路，它使用优化的折射和反射光学，不仅可以实现快速的光转换，而且可以在有限的空间中将紧凑的输入光脉冲分解为多个脉冲。
该技术利用折射和反射来处理光学，然后由封闭的镜头系统将光脉冲切割成多个脉冲，并将它们导向不同的成像系统，最终实现激光的快速分解。
4 平行光管的应用
平行光管的最大优点是快速平稳的光流程，可以用来追踪高温材料的运动，作为弹道光用于观察物体的运动和跟踪射击位置，还可以
用来观察和测量高速飞行的物体。
而且，它们可以用来对图像进行定位和计算分析，还可以用来实现微纳米时空测量，以实时监测材料变化，用于精密测量和较小物体投影分析等。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920124443.X(22)申请日 2019.01.23(73)专利权人 南阳天正精科自动化设备有限公司地址 473000 河南省南阳市百里奚办事处岗王庄社区岗东组(72)发明人 王林 (51)Int.Cl.G02B 27/36(2006.01)G02B 7/00(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称一种光电一体平行光管(57)摘要本实用新型属于一种光电一体平行光管；包括光显示部分和光学部分，光显示部分从前到后依次由高清CCD相机1、高倍镜头2、镜头焦距调节器3、镜头位置调节器4和LED光源5螺纹连接组成；光学部分从前到后依次由显示分化板6、光电分化板结合介质7、校准分化板8、所有分化板居中调节装置9、所有分化板焦距调节装置10、平行光管11和光学物镜12组成，平行光管11的中部设有两个平行光管整体微调装置13，平行光管整体微调装置13的下部设有两个平行光管整体粗调装置14，两个平行光管整体粗调装置14之间设有平行光管整体固定装置15；具有结构简单，设计合理，大大节省占地空间和面积，调试精度高、速度快的优点。
权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 209400808 U 2019.09.17C N 209400808U1.一种光电一体平行光管，包括光显示部分和光学部分，其特征在于：光显示部分从前到后依次由高清CCD相机(1)、高倍镜头(2)、镜头焦距调节器(3)、镜头位置调节器(4)和LED 光源(5)螺纹连接组成；光学部分从前到后依次由显示分化板(6)、光电分化板结合介质(7)、校准分化板(8)、所有分化板居中调节装置(9)、所有分化板焦距调节装置(10)、平行光管(11)和光学物镜(12)组成，平行光管(11)的中部设有两个平行光管整体微调装置(13)，平行光管整体微调装置(13)的下部设有两个平行光管整体粗调装置(14)，两个平行光管整体粗调装置(14)之间设有平行光管整体固定装置(15)。
