本文關鍵詞：中波紅外變焦光學系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學》 2010年

中波紅外變焦光學系統(tǒng)研究

王艷彬  

【摘要】： 紅外光學系統(tǒng)相對于可見系統(tǒng)有無可比擬的優(yōu)勢,變焦系統(tǒng)既可以在大視場時捕獲目標,又可以在小視場時對目標進行詳細觀察。兩檔或多檔變倍的光學系統(tǒng)在視場切換時會出現(xiàn)目標丟失,而連續(xù)變倍光學系統(tǒng)可以解決這個問題。隨著軍事需求的增加,紅外變焦距光學系統(tǒng)獲得了巨大發(fā)展。 本文總結了國內(nèi)外紅外變焦系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,研究了變焦系統(tǒng)設計的高斯理論,包括補償方法的研究和正組補償、負組補償?shù)母咚菇夥治鲆约皟煞N補償方法的比較。對紅外變焦系統(tǒng)的冷反射進行了分析,包括冷反射產(chǎn)生的原因以及衡量冷反射強度的兩個量:YNI和I/Ibar,并給出了冷反射的校正方法。軍用儀器一般應用于野外,其性能受溫度影響較大,尤其是會產(chǎn)生離焦現(xiàn)象,因此必須進行無熱化設計。 根據(jù)使用要求,本文采用法國256×256中波制冷探測器,用機械正組補償方法,在專利的基礎上進行編程計算,求得初始結構并設計了二十倍比變焦鏡頭,其F數(shù)為4 ,波長范圍3.7~4.8μm ,焦距范圍16.5~330mm ,視場范圍±18.22°~±0.94°,總長350mm。系統(tǒng)在全焦距范圍內(nèi),像質(zhì)良好,MTF在16lp/mm時大于0.5。在優(yōu)化好系統(tǒng)的像質(zhì)后,進行了冷反射分析。同時,通過分析幾種無熱化設計的原理,對幾種無熱化設計方法進行了比較,論證了本系統(tǒng)適合采用機電主動式消熱差。通過后固定組的微量移動在-40℃~40℃的范圍內(nèi)進行了消熱差設計,系統(tǒng)在規(guī)定的溫度范圍內(nèi),在整個變焦過程中像質(zhì)良好,像面穩(wěn)定。最后,給出了凸輪曲線,曲線單調(diào)且平滑,凸輪易于加工。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TH74
【目錄】：

摘要4-5

Abstract5-8

第1章 緒論8-16

1.1 課題研究意義與背景8-10

1.2 紅外變焦系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀10-15

1.2.1 變焦光學系統(tǒng)發(fā)展史10-11

1.2.2 紅外變焦系統(tǒng)在國外的發(fā)展狀況11-15

1.2.3 紅外變焦系統(tǒng)在國內(nèi)的發(fā)展狀況15

1.3 課題研究的主要內(nèi)容15-16

第2章 紅外變焦光學系統(tǒng)高斯理論分析16-30

2.1 變焦系統(tǒng)的基本概念和補償方法16-18

2.2 變焦運動過程分析18-25

2.2.1 變焦系統(tǒng)的幾個規(guī)律18-21

2.2.2 機械補償系統(tǒng)及其變焦方程21-25

2.3 機械補償變焦系統(tǒng)的高斯解分析25-29

2.3.1 正組補償變焦系統(tǒng)高斯解分析25-27

2.3.2 負組補償變焦系統(tǒng)高斯解分析27-28

2.3.3 兩種補償系統(tǒng)的比較28-29

2.4 本章小結29-30

第3章 光學系統(tǒng)設計實例30-50

3.1 光學自動優(yōu)化概述30-31

3.2 變焦系統(tǒng)設計過程31-49

3.2.1 系統(tǒng)設計要求31-32

3.2.2 初始結構的選取32-37

3.2.3 系統(tǒng)像質(zhì)的提高37-49

3.3 本章小結49-50

第4章 變焦系統(tǒng)冷反射分析及無熱化設計50-66

4.1 變焦系統(tǒng)冷反射分析50-56

4.1.1 冷反射引言50

4.1.2 冷反射形成的條件50-51

4.1.3 反映紅外冷反射的特征量及其意義51-53

4.1.4 變焦系統(tǒng)冷反射分析結果53-56

4.2 變焦系統(tǒng)的無熱化設計56-65

4.2.1 無熱化設計引言56-57

4.2.2 常用紅外光學材料特性分析57-58

4.2.3 紅外光學系統(tǒng)無熱化設計的方法和原理58-59

4.2.4 變焦系統(tǒng)無熱化分析結果59-65

4.3 本章小結65-66

結論66-67

參考文獻67-70

攻讀學位期間發(fā)表的學術論文70-72

致謝72-73

個人簡歷73

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