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一种光电经纬仪红外变焦光学系统的研究

作　者: 谈婷
导　师: 杨建峰
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 红外成像技术光学设计两档变焦无热化冷反射分析
分类号: TN214
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

科技的发展使得红外系统广泛应用于各种场合，对军事目标搜索跟踪时，常常用到结构简单的两档变焦光学系统，可以达到大视场搜索目标小视场观察目标的目的。近些年，随着科技不断进步，红外探测器得到了迅猛发展，制冷型探测器有高的灵敏度和响应速度，所以被用于大多高清晰的红外热成像系统中,这必然会给红外系统的光学设计过程带来的一系列问题，如冷反射，冷光阑匹配以及红外系统所必须的无热化设计等，无疑加大了设计的难度。某实况景象记录系统是为某基地研制的光学测量设备，用来对弹道导弹进行跟踪测量，红外捕获跟踪系统是该光电经纬仪重要的分系统之一。本论文首先介绍了红外热成像技术的特点、发展现状；接着从红外辐射规律入手，分析了辐射出射度与波长之间的关系，并确定了该红外系统各项参数，分析了系统的作用距离，分析结果表明所确定的光学指标参数合理；接着对变焦系统的知识做了介绍，设计了轴向移动的两档变焦系统，对其成像质量作了评价，并将其与设计的切换式变倍系统做了比较，最终确定选用前者；为了减小温度对红外系统成像质量所带来的影响，研究了红外系统无热化设计的三种形式，针对所选用的变焦系统，对其用光学被动补偿法进行了无热化设计，评价图表明，经无热化设计的红外捕获跟踪系统在-40°C?+60°C温度范围内像质完全能满足使用要求，接着对系统进行了公差分析，在许可的公差范围内，系统成像质量的变化可接受。文章最后对制冷式红外系统的冷反射进行了分析，给出了冷反射的概念及成因，采用YM和I/Ibar两个量对冷反射强度进行评价，研究了抑制冷反射的方法，并对所设计的轴向移动式变焦系统进行了冷反射分析，提出了抑制该系统冷反射效应的有效措施。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-17
  1.1 红外成像技术的特点及应用  9-11
  1.2 红外成像技术的发展状况  11-14
    1.2.1 国内外红外成像技术发展现状  11-12
    1.2.2 制冷探测器和冷光阑效率  12-14
  1.3 论文的研究背景和主要内容  14-17
第二章红外成像系统参数确定  17-27
  2.1 红外辐射规律和工作波长的选取  17-19
    2.1.1 红外辐射规律  17-18
    2.1.2 光学系统工作波长的选取  18-19
  2.2 光学系统参数确定  19-21
  2.3 作用距离分析  21-24
    2.3.1 作用距离公式  21-23
    2.3.2 红外捕获跟踪系统的作用距离分析  23-24
  2.4 材料的选择  24-25
  2.5 本章小结  25-27
第三章变焦距光学系统设计  27-41
  3.1 变焦系统  27-31
    3.1.1 变焦距光学系统的特点  27
    3.1.2 变焦理论  27-30
    3.1.3 像面补偿方式  30-31
  3.2 两档变焦光学系统  31-33
  3.3 红外捕获跟踪光学系统的设计  33-41
    3.3.1 设计思路  34-35
    3.3.2 设计结果  35-37
    3.3.3 对比分析  37-41
第四章系统无热化设计及公差分析  41-51
  4.1 红外系统无热化设计  41-47
    4.1.1 温度变化对光学系统的影响  41-42
    4.1.2 无热化技术  42-45
    4.1.3 无热化设计结果  45-47
  4.2 公差分析  47-51
    4.2.1 公差分析原则  47-48
    4.2.2 系统公差分析  48-51
第五章冷反射分析  51-59
  5.1 冷反射的概念与成因  51-52
    5.1.1 冷反射概念  51
    5.1.2 冷反射的形成条件  51-52
  5.2 反映红外光学系统冷反射影响的特征量  52-53
  5.3 冷反射分析结果  53-59
总结与展望  59-61
参考文献  61-65
硕士期间发表文章  65-67
致谢  67

一种光电经纬仪红外变焦光学系统的研究

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