中波紅外大相對(duì)孔徑非制冷熱像儀光學(xué)系統(tǒng)的研究.pdf

1、非制冷熱成像技術(shù)是當(dāng)前紅外熱成像技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。基于非制冷探測(cè)器發(fā)展低成本、用于高溫事件探測(cè)的中波紅外熱成像系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景。非制冷探測(cè)器具有重量輕、體積小、功耗低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但其輻射響應(yīng)率低。針對(duì)中波紅外非制冷探測(cè)器輻射響應(yīng)率低的不足，本文開(kāi)展大相對(duì)孔徑中波紅外光學(xué)系統(tǒng)的研究。研制出的大相對(duì)孔徑光學(xué)系統(tǒng)具有成像質(zhì)量好、適用環(huán)境溫度范圍寬、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，適于作為微小衛(wèi)星平臺(tái)上的空間成像系統(tǒng)。

2、　　 本文首先提出論文所要研究的問(wèn)題，介紹國(guó)內(nèi)外非制冷紅外成像系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，指出開(kāi)展本課題研究的意義和應(yīng)用價(jià)值。第二章從探測(cè)地球表面高溫事件的使用要求出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前中波紅外非制冷探測(cè)器的性能，計(jì)算確定光學(xué)系統(tǒng)的焦距、相對(duì)孔徑和視場(chǎng)角。進(jìn)一步從光學(xué)系統(tǒng)基本參數(shù)出發(fā)，比較分析現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)型式，確定使用折射或折/衍混合匹茲伐物鏡結(jié)構(gòu)型式。
　　 第三章詳細(xì)分析環(huán)境溫度變化對(duì)紅外光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響，指出在空間環(huán)境溫度變

3、化條件下，熱離焦量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了焦深范圍，必須消除熱差的影響。通過(guò)比較各種消熱差的方法，選擇了重量輕、無(wú)功耗、可靠性好的光學(xué)被動(dòng)消熱差方法，給出實(shí)現(xiàn)光學(xué)被動(dòng)消熱差需滿足的一般關(guān)系式。
　　 第四章介紹消熱差折射光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)光學(xué)被動(dòng)消熱差和消色差條件，利用熱差圖選擇折射光學(xué)系統(tǒng)材料和分配光焦度。指出在本課題系統(tǒng)參數(shù)的條件下，匹茲伐結(jié)構(gòu)至少需要四塊透鏡才能得到滿足消熱差、消色差和光焦度要求的解。運(yùn)用初級(jí)像差理論求解折射系統(tǒng)的初始

4、結(jié)構(gòu)，挑選高級(jí)球差較小的解作為初始結(jié)構(gòu)并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 第五章詳細(xì)論述了消熱差折/衍混合光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。闡述衍射元件的熱差和色差特性，表明衍射元件具有的特殊熱差和色差性能，相當(dāng)于一種特殊的紅外材料。使用衍射元件幾乎不增加系統(tǒng)的重量，在匹茲伐物鏡的前組引入衍射元件能夠減少一片大尺寸的折射透鏡，減輕系統(tǒng)的總重。通過(guò)熱差圖確定折/衍混合系統(tǒng)的材料和光焦度分配。介紹了衍射元件的單色像差特性，運(yùn)用初級(jí)像差理論求出折/衍混合系統(tǒng)的初始

5、結(jié)構(gòu)。對(duì)折/衍混合系統(tǒng)和折射系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較，折/衍混合系統(tǒng)具有總重量輕的突出優(yōu)勢(shì)。隨后對(duì)折/衍混合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的加工和裝調(diào)公差進(jìn)行優(yōu)化分配，獲得易于實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)結(jié)果。
　　 第六章介紹了金剛石單點(diǎn)車(chē)削技術(shù)加工光學(xué)非球面和衍射面的方法，成功完成了前表面為非球面、后表面為衍射面的鍺的折/衍混合透鏡的加工。設(shè)計(jì)了光機(jī)結(jié)構(gòu)和裝調(diào)方案，給出了研制結(jié)果。最后對(duì)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的MTF進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)不僅在常溫狀態(tài)下成像質(zhì)量良好