雙波段紅外變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)隨著紅外熱成像技術(shù)的迅速發(fā)展與紅外探測(cè)器性能的提高,雙波段紅外變焦系統(tǒng)已經(jīng)成為各國(guó)紅外技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用的一個(gè)重要方向。與傳統(tǒng)的定焦鏡頭相比,雙波段紅外變焦距系統(tǒng)具有不可比擬的優(yōu)勢(shì):一方面它可以實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)搜索,小視場(chǎng)仔細(xì)觀察目標(biāo),另一方面雙波段系統(tǒng)能夠同時(shí)獲取目標(biāo)的長(zhǎng)波紅外和中波紅外的信息,所獲得的信息量是單一波段的一倍以上。
　　本文首先總結(jié)了雙波段紅外變焦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論,基于初級(jí)像差理論,利用CODEV設(shè)計(jì)了兩種不同的成像系

2、統(tǒng),分別為傳統(tǒng)的折射式雙波段紅外變焦系統(tǒng)與折/衍混合變焦系統(tǒng),并對(duì)折射式系統(tǒng)進(jìn)行了公差分配。
　　首先,對(duì)雙波段系統(tǒng)的成像特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)與比較,選擇了合適的成像方式及雙波段成像探測(cè)器;并且根據(jù)所選探測(cè)器的指標(biāo)參數(shù),結(jié)合工程光學(xué)理論,計(jì)算了系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù);進(jìn)而基于輻射傳輸理論計(jì)算了系統(tǒng)的探測(cè)信噪比,論證了在規(guī)定的探測(cè)距離內(nèi),系統(tǒng)獲取的輻射能量是否滿(mǎn)足信號(hào)提取要求。
　　其次,對(duì)比分析了變焦系統(tǒng)不同補(bǔ)償方式的特點(diǎn),選擇了合適

3、的變焦補(bǔ)償方式;并且基于高斯光學(xué)理論建立了正組機(jī)械補(bǔ)償變焦系統(tǒng)的變焦方程,并詳細(xì)論述了方程解的特點(diǎn),為計(jì)算變焦系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)做了理論準(zhǔn)備。
　　再次,對(duì)適用于各波段的紅外材料進(jìn)行了特性分析,選擇了設(shè)計(jì)材料;基于初級(jí)像差理論,利用CODEV,設(shè)計(jì)了一個(gè)焦距范圍為45～300mm,波段范圍分別為3.7～4.8μm/7.7～10.3μm,F＃等于2的正組機(jī)械補(bǔ)償雙波段紅外變焦光學(xué)系統(tǒng)。并通過(guò)查看系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、點(diǎn)列圖及光線(xiàn)像差曲線(xiàn)等方式

4、對(duì)系統(tǒng)的成像質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià),長(zhǎng)波處的傳遞函數(shù)在空間截止頻率20lp/mm處達(dá)到0.4以上,中波達(dá)到0.5以上,并且各波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的點(diǎn)列圖直徑均小于探測(cè)器的尺寸,進(jìn)一步分析各波段的垂軸色差,得出系統(tǒng)的色差在0.2μm以下。最后根據(jù)實(shí)際加工使用要求,利用反轉(zhuǎn)靈敏度分析法對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了公差分配,最終給出了一套較寬松的公差容限。
　　最后,總結(jié)了二元光學(xué)元件與傳統(tǒng)的折射元件在光學(xué)特性上的差異,在傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)的鏡頭中加入了衍射面進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)