基于DMD的紅外雙波段共光路投影物鏡設計.pdf

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1、分類號：衛(wèi)蝗Q2UDC：681．7密級：可公開編號：——基于DMD的紅外雙波段共光路投影物鏡設計DesignofInfraredDual-wavebandCoaxialProjector0bjectiveBasedonDMD學位授予單位及代碼：籃查翌王太堂(!Q!璺魚2學科專業(yè)名稱及代碼：出堂王猩!Q墨Q圣QQ2論文起止時間：201I．09一一2013．10長春理工大學博士學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的博士學位論文《基于DMD的紅外雙波段共光路投影物鏡設計》是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已

2、經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均己在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。作者簽名：豸垃§冽年；月五日長春理工大學學位論文版權使用授權書本學位論文作者及指導教師完全了解“長春理工大學碩士、博士學位論文版權使用規(guī)定”，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權單位屬長春理工大學。本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表論文或使用論文工作成果時署名單位仍然為長春理工大學。同意長春理工大學保存并使用學位論文；同意長春理工大學向國家圖書館、中國學術期刊(光盤版)電子雜志社、中國科學信息研究所送交學位論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。(涉

3、密論文在解密后遵守此規(guī)定)密情況約定：(打“√”選擇)文非涉密論文?？诒菊撐膶僮髡吆灻簩熀灻菏褂帽臼跈鄷?。月沈Et月且摘要由于溫度高于絕對零度的所有物體都有紅外輻射，為探測和識別目標提供了客觀基礎。紅外系統(tǒng)的主要工作方式為被動式，它接收目標自身發(fā)射或反射其他光源的紅外輻射，優(yōu)點是隱蔽性好，不被敵方電子干擾。因而紅外技術被廣泛應用于軍事領域，為警戒、偵查、防空和制導提供了有力的技術支持。隨著紅外技術的進步，紅外制導技術由點源跟蹤制導逐漸發(fā)展為成像跟蹤制導。成像跟蹤制導技術是通過光機掃描和多元探測器獲取目標和圖像信息，經(jīng)信息處理和鑒別，自動跟蹤和打擊目標。但現(xiàn)有的紅外導引頭絕大多

4、數(shù)只針對單波段設計，在復雜背景、惡劣環(huán)境或存在目標偽裝時，紅外探測器接收到的信息量明顯不足，給目標的探測和識別帶來了一定影響。隨著紅外焦平面陣列的發(fā)展和可同時響應兩個紅外波段的焦平面陣列問世，使紅外雙波段成像制導成為可能。雙波段導引頭的性能測試也成為了研究的焦點。傳統(tǒng)的場外試飛實驗不僅耗時費錢，而且數(shù)據(jù)采集困難，精度低；因此針對雙波段導引頭研制紅外雙波段景象生成器具有重大意義。本文根據(jù)雙波段導引頭的特點，結(jié)合紅外成像原理開展雙波段景象生成器的研究，完成了如下工作：(1)介紹了紅外雙波段景象發(fā)生器的研究基礎。主要包括紅外雙色成像制導技術、景象生成技術的發(fā)展及基于DMD的紅外雙波段景象

5、發(fā)生器的結(jié)構和工作原理。并對其核心原件數(shù)字微鏡器件(DMD)進行了著重研究，就DMD應用于紅外雙波段景象發(fā)生器需改進的問題進行了說明和討論。(2)介紹變焦系統(tǒng)的原理，對不同補償方式的變焦系統(tǒng)進行了對比和分析，根據(jù)其特點和系統(tǒng)的設計要求，選擇了合適的變焦補償方式。討論了基于高斯光學理論而建立的機械補償變焦系統(tǒng)的變焦方程，為變焦系統(tǒng)的結(jié)構設計作了理論準備。(3)敘述了紅外光學系統(tǒng)的結(jié)構形式，分析了其優(yōu)缺點后，確定了本設計采用折射式共光路這種形式來實現(xiàn)。紅外雙波段共光路光學系統(tǒng)的設計難點是校正雙波段的像差；使兩個波段同時達到良好的成像質(zhì)量，本文簡述了紅外成像系統(tǒng)產(chǎn)生的各種像差及如何校正，

6、著重介紹了雙波段色差的產(chǎn)生原理以及如何對雙波段共光路系統(tǒng)消除色差，并指出了雙波段像差校正的關鍵。深入討論了衍射元件及非球面的原理，為系統(tǒng)結(jié)構的簡化及像差的消除提供了理論支持。(4)根據(jù)紅外景象生成器的使用要求確定了紅外雙波段共光路投影物鏡設計參數(shù)及指標。使用Zemax光學設計軟件設計了符合要求的雙波段共光路投影物鏡，工作波段為3-5pm和8．121xm；F數(shù)為2．8：焦距為200mm。并對設計完成的投影物鏡進行了像質(zhì)評價，傳遞函數(shù)在空間截止頻率為171p／mm時紅外中波波段能達到O．7以上，紅外長波波段能達到O．4以上；點列圖中幾乎所有能量均集中在艾里斑以內(nèi)；波像差滿足瑞利判據(jù)。其

7、像質(zhì)能夠滿足設計要求，設計結(jié)果良好，最后對設計結(jié)果進行了規(guī)劃，以滿足加工要求。(5)在紅外雙波段共光路投影物鏡的基礎上，為了實現(xiàn)模擬不同大小目標的需求，設計了紅外雙波段共光路兩檔變焦投影物鏡。焦距范圍為50．200mm，工作波段為3-51am和8．121ma，變焦過程中F數(shù)為3且恒定不變。對設計完成的投影物鏡進行了像質(zhì)評價，兩個波段傳遞函數(shù)在空間截止頻率為171p／ram時均能達到03以上；點列圖中大部分能量均集中在艾里斑以內(nèi)。其像質(zhì)能夠滿足設計要求，設計結(jié)果良好，最