雙波段紅外變焦光學系統(tǒng)設計.pdf

1、近年來隨著紅外熱成像技術的迅速發(fā)展與紅外探測器性能的提高,雙波段紅外變焦系統(tǒng)已經(jīng)成為各國紅外技術發(fā)展、應用的一個重要方向。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:一方面它可以實現(xiàn)大視場搜索,小視場仔細觀察目標,另一方面雙波段系統(tǒng)能夠同時獲取目標的長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。
　　本文首先總結了雙波段紅外變焦系統(tǒng)的設計理論,基于初級像差理論,利用CODEV設計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),并對折射式系統(tǒng)進行了公差分配。
　　首先,對雙波段系統(tǒng)的成像特點進行了總結與比較,選擇了合適的成像方式及雙波段成像探測器;并且根據(jù)所選探測器的指標參數(shù),結合工程光學理論,計算了系統(tǒng)的各項指標參數(shù);進而基于輻射傳輸理論計算了系統(tǒng)的探測信噪比,論證了在規(guī)定的探測距離內(nèi),系統(tǒng)獲取的輻射能量是否滿足信號提取要求。
　　其次,對比分析了變焦系統(tǒng)不同補償方式的特點,選擇了合適

3、的變焦補償方式;并且基于高斯光學理論建立了正組機械補償變焦系統(tǒng)的變焦方程,并詳細論述了方程解的特點,為計算變焦系統(tǒng)的初始結構做了理論準備。
　　再次,對適用于各波段的紅外材料進行了特性分析,選擇了設計材料;基于初級像差理論,利用CODEV,設計了一個焦距范圍為45～300mm,波段范圍分別為3.7～4.8μm/7.7～10.3μm,F＃等于2的正組機械補償雙波段紅外變焦光學系統(tǒng)。并通過查看系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、點列圖及光線像差曲線等方式

4、對系統(tǒng)的成像質(zhì)量進行了評價,長波處的傳遞函數(shù)在空間截止頻率20lp/mm處達到0.4以上,中波達到0.5以上,并且各波長結構的點列圖直徑均小于探測器的尺寸,進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)實際加工使用要求,利用反轉(zhuǎn)靈敏度分析法對光學系統(tǒng)進行了公差分配,最終給出了一套較寬松的公差容限。
　　最后,總結了二元光學元件與傳統(tǒng)的折射元件在光學特性上的差異,在傳統(tǒng)方式設計的鏡頭中加入了衍射面進行進一步的優(yōu)