红外平行光管ZEMAX光学设计/SOLIDWORKS

平行光管是无穷远目标模拟器，它是一种高精度、综合型光学检测基础设备。由于反射系统受材料限制较小，便于轻量化设计，完全没有色差，系统透过率高;离轴系统不存在中心遮拦且焦点被引到主反射镜之外，光路可折叠，减小了系统体积，因此离轴反射式结构在平行光管的设计中得到了广泛的应用。

由几何光学原理知，当点光源处于抛物面反射镜焦点处时，出射光为平行光。因此可以利用抛物面反射镜原理来设计平行光管。

具体的工作原理是：将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。光源发出的光经聚光镜会聚与分光板反射后均匀照亮分划板。当分划板位于物镜的焦面上时，分划板的像在物镜像空间的无穷远处，即由平行光管发出的光是平行光束。

（平行光管结构示意图）

1.准直光学系统技术指标

a) 光学系统采用反射式离轴抛物面型式

b) 工作波段：0.4μm～12μm；

c) 有效通光口径：不小于Φ300 mm；

d) 准直系统焦距：不小于2000mm；

e) 背景视场：不小于2.5º；

f) 不准直度：≤5"（可见光波段）；

g) 抛物面面型精度：PV≤λ/4,RMS≤λ/40,λ=0.6328μm；

h) 反射率：光学主镜与平面反射镜反射率不小于0.9 。

2.红外黑体光源技术指标

a) 工作波段：3μm～5μm、8μm～12μm；

b) 温度范围：室温～400K；

c) 温度分辨率：不大于0.2℃；

d) 温度稳定性：不大于0.5℃；

e) 辐射靶面尺寸：不小于Φ50mm。

3.目标靶技术指标

a) 光阑孔成像清晰均匀，且方便于光管安装、调整和固定。

b) 圆孔尺寸：Φ0.5mm、Φ2mm、Φ5mm、Φ9mm，等腰三角形：6 mm×25 mm；

c) 光栏内表面要求：均匀雾化和发黑。

由给定的技术指标，完成三部分光学设计，分别是①离轴式抛面镜②平面反射镜③黑体及靶标部分。

1.离轴式抛面镜

设计抛物镜焦距为2100mm.直径为460mm.厚度为40.25mm。

2. 平面反射镜

设计平面镜口径为360mm*400mm，保证通光的完全性。

3. 黑体及靶标部分

黑体选择面式黑体IR2100，其外形尺寸为108108127，孔径尺寸为63.563.5。标靶尺寸为φ75mm，满足背景视场要不小于2.5º，辐射靶面尺寸不小于Φ50mm的要求。

光路设计

用ZEMAX设计总体的光路，离轴量为320mm。抛物镜中心距通光孔长约1150mm。并在solidworks上标注好位置。

抛物镜参数：

平面反射镜参数：

四、装配部件设计

抛物镜部分：

镜座部分内径500mm，外径600mm，镜座与抛物镜之间设有内径460mm，外径500mm的垫圈。镜座后方用一底盘，开有四个螺纹孔用以固定抛物镜。底盘上留有装配的余量，用以调整镜子的角度。镜座下方开四个螺纹孔，用以定位镜座。直角处做倒角处理。

平面镜部分：

平面镜镜座槽尺寸为360mm×400mm，深45mm，四周用螺纹将可拆卸的小挡块和镜座连接，用以固定平面镜。下方平台高25mm，使光轴保持高度一致，宽115mm。平台上开有四个螺纹孔，用以定位平面镜镜座。

靶标部分：

靶标中心区域为91.6mm×91.6mm。中间目标孔直径分别为10mm和5mm。靶标上部设计一提手方便拆卸。两侧用四块挡板固定，挡板与平台之间用螺纹孔连接，并留有一部分余量，便于调整和拆卸。直角部分进行圆角处理。

箱体部分：

箱体部分尺寸如图所示，底板上绘制光路图，并开有对应零部件固定位置的螺纹孔。底板厚50mm，外壳厚度为20mm。开有320mm的通光孔，作为有效通光口径。

黑体及平台部分：

为使光轴保持在同一高度上，设计一小平台用以放置黑体及靶标。平台内部做轻量化处理，下方开有四个小螺纹孔与箱体相连接。上方设计四个小挡角，用以固定黑体，并方便黑体的拿取。平台总高度为296mm，宽500mm，两侧厚度为8mm。

整体构造：

将各零部件按照光路图装配，整体模型如图所示：

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