基于DMD的紅外雙波段共光路投影物鏡設(shè)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(shè)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(shè)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(quán)使用授權(quán)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(quán)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(quán)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(shù)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(fù)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?quán)書。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(chǔ)。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(shù)被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，為警戒、偵查、防空和制導提供了有力的技術(shù)支持。隨著紅外技術(shù)的進步，紅外制導技術(shù)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(shù)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(shè)計，在復(fù)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(yīng)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(chǔ)。主要包括紅外雙色成像制導技術(shù)、景象生成技術(shù)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(gòu)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(yīng)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(shè)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(gòu)設(shè)計作了理論準備。(3)敘述了紅外光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，分析了其優(yōu)缺點后，確定了本設(shè)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(shè)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(guān)鍵。深入討論了衍射元件及非球面的原理，為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)計參數(shù)及指標。使用Zemax光學設(shè)計軟件設(shè)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(shè)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(shè)計要求，設(shè)計結(jié)果良好，最后對設(shè)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(chǔ)上，為了實現(xiàn)模擬不同大小目標的需求，設(shè)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(shè)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(shè)計要求，設(shè)計結(jié)果良好，最