基于卡塞格林无焦同轴共光路光学系统设计

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1、＇’密级无分类号ＴＮ２１＿＾方知＾京ＸＩＡＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕士学位论文题目：基于卡塞格林无焦同轴共光路光学系统设计作者：郭钰琳指导教师：于询教授申请学位学科：光学工程２０１８年５月２５日基于卡塞格林无焦同轴共光路光学系统设计学科：光学工程研究生签字：指导教师签字：摘要现代战场对于目标的探测和识别的要求正在提出越来越高的要求，而战场伪装则使得目标探测变得困难重重，如果仅仅采用单一波段成像已经完全不能够满足

2、战场的需求。可见光成像和中波红外成像，这种方式具有非常好的互补性，双波段成像技术能够大大提高目标探测识别的概率。针对以上问题，本文设计了一个基于卡塞格林系统共口径双波段的光学系统，该系统能够实现对尺寸为2.3m×4.6m的中型坦克目标，可见光系统实现15km目标探测，12km目标识别；中波红外系统10km目标探测，7km目标识别。首先，本文中的光学系统前端采用改进的卡塞格林系统共口径设计，系统的光学系统的光学参数为：可见光系统：工作波段为0.45～0.9m，F/#为4.5，采用1920×1080的

3、CCD，像元尺寸为5.5m；中波红外光学系统：工作波段为3.6～4.8m，F/#为4，采用制冷型640×512中波红外凝视焦平面阵列探测器，像元尺寸为17m，该设计中的可见光系统在空间频率91lp/mm处的MTF均高于0.4，中波红外系统在空间频率29lp/mm处的MTF均高于0.2，接近衍射极限。其次，中波红外系统在－40℃～60℃环境温度内进行消热差设计，采用机电主动式消热差方式，使中波红外系统在－40℃～60℃范围内的成像质量良好。最后针对中波红外系统进行了冷反射分析，并对系统整体进行了

4、公差分析。该系统满足工程光学的要求，能够良好成像，并能够实现可见/中波红外远距离识别。关键词：双波段成像；卡塞格林系统；共口径结构；光学设计DesignofCassegrainnon-focuscoaxialcommon-pathopticalsystemDiscipline:OpticalEngineeringStudentSignature:SupervisorSignature:AbstractTherequirementofmodernbattlefieldfortargetdetectio

5、nandrecognitionisincreasing.However,thebattlefieldcamouflagemakestargetdetectiondifficult.Ifonlyusingthesinglewavelengthimaging,ithasbeenunabletosatisfytheneedsofbattlefield.Visiblelightimagingandmid-IRimaginghaveaverygoodcomplementarity.Dualbandimagin

6、gtechnologycangreatlyimprovetheprobabilityoftargetdetectionandrecognition.Fortheaboveproblems,thispaperdesignsadual-bandcommon-caliberopticalsystembasedonCassegrainsystem.Thisschemecanachievethetechnicalrequirements,whichistheVisiblesystemcandetectthet

7、arget-mediumtank10kmoutsideandidentify12kmoutside,themid-IRsystemcandetectthetanktarget10kmoutsideandidentifythetarget7kmoutside.Firstly,theschemeinthispaperdesignsafrontpartusedtheimprovedCassegraincommon-calibersystem,TheopticalparametersofVisiblesys

8、temis:thevisiblelightwavelength:0.45~0.9μm,Fnumberwas4.5,with1920x1080CCD,pixelsizeis5.5μm;Inthemid-IRsystem:workingwavelengthof3.6~4.8μm,Fnumberwas4,640×512refrigerationtypeinfraredcoagulationasthefocalplanearraydetector,thepixelsizeis