紧凑型大孔径长波红外连续变焦镜头设计

曹来书; 谢晓娜; 张军光; 蒋威

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紧凑型大孔径长波红外连续变焦镜头设计

光学器件与系统设计 | 更新时间：2026-01-22

- 紧凑型大孔径长波红外连续变焦镜头设计
- Design of a compact Large-aperture Long-Wave Infrared （LWIR） continuous zoom lens
- 光学技术 2026年52卷第1期页码：18-24
- 作者机构：
  
  1.力鼎光电股份有限公司福建厦门 3610009
  2.泉州师范学院物理与信息工程学院，福建泉州 362000
- 作者简介：
  
  曹来书（1988— ），男，工程师，从事光学镜头设计、制造与检测研究。1493446320@qq.com
  蒋威（1994— ），男，讲师，博士，从事光学设计、多光谱成像技术、三维成像技术研究。jiangwchn@qq.com
- 基金信息：
  
  福厦泉自创区协同专项(3502ZCQXT2023010┫厦门市科技局揭榜挂帅重大技术攻关项目┣3502Z20241006┫泉州市科技计划项目┣2024QZGZ6)
- DOI：
  中图分类号： TH744
- 收稿：2025-08-19，
  
  修回：2025-11-06，
  
  纸质出版：2026-01-20
- 稿件说明：
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曹来书,谢晓娜,张军光等.紧凑型大孔径长波红外连续变焦镜头设计[J].光学技术,2026,52(01):18-24.

CAO Laishu,XIE Xiaona,ZHANG Junguang,et al.Design of a compact Large-aperture Long-Wave Infrared （LWIR） continuous zoom lens[J].OPTICAL TECHNIQUE,2026,52(01):18-24.
曹来书,谢晓娜,张军光等.紧凑型大孔径长波红外连续变焦镜头设计[J].光学技术,2026,52(01):18-24. DOI：

CAO Laishu,XIE Xiaona,ZHANG Junguang,et al.Design of a compact Large-aperture Long-Wave Infrared （LWIR） continuous zoom lens[J].OPTICAL TECHNIQUE,2026,52(01):18-24. DOI：

摘要

针对红外目标探测等森林防火的实际需求，用640×512，17μm平面探测器，实现对大范围目标进行搜索，设计了变倍比为9×连续变焦光学系统，其工作波长是8~12μm

F数为0.99~1.25，实现了25~225mm范围内连续变焦，系统由4个锗透镜和2个硫系玻璃透镜组成，采用机械正组补偿变焦系统，引入非球面进行系统像差校正。

25~225mm范围内连续变焦，空间频率在30lp/mm下MTF调制传递函数中心在0.4以上，其中长焦在0.38，各个焦距段达到衍射极限。利用ZEMAX光学软件-进行光学设计以及成像质量的计算。实验表明该系统具有高分辨率、大光圈、大靶面的特点，且像面稳定，像质优良，变焦平滑，结构紧凑合理，可用于国防、防火救灾、地质勘探等全天候监控。

Abstract

To address the practical requirements for infrared target detection in applications such as forest fire monitoring

an optical system with a 9× continuous zoom has been developed. This system utilizes a 640 × 512 planar detector with a 17 μm pixel pitch to enable wide-area surveillance. Operating in the 8～12 μm wavelength range with an F-number varying between 0.99 and 1.25

it provides a continuous focal length adjustment from 25 mm to 225 mm. The design incorporates four germanium lenses and two chalcogenide glass lenses

employing a mechanical positive-group compensation mechanism for zoom control. Aspheric surfaces are introduced to effectively correct system aberrations. Across the entire zoom range

the modulation transfer function (MTF) remains above 0.4 at a spatial frequency of 30 lp/mm

with a value of 0.38 at the longest focal length

indicating that the system approaches the diffraction limit at all focal settings. Optical design and image quality analysis were performed using ZEMAX software. Experimental results demonstrate that the system achieves high resolution

a large aperture

and a wide field of view

while maintaining a stable image

excellent image quality

smooth zoom

and a compact

mechanically robust structure. These attributes make it suitable for all-weather monitoring in defense

firefighting

disaster relief

and geological exploration.

关键词

Keywords

references

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