基于DMD的红外双波段共光路投影物镜设计.pdf

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1、分类号：卫蝗Q2UDC：681．7密级：可公开编号：——基于DMD的红外双波段共光路投影物镜设计DesignofInfraredDual-wavebandCoaxialProjector0bjectiveBasedonDMD学位授予单位及代码：篮查翌王太堂(!Q!璺鱼2学科专业名称及代码：出堂王猩!Q墨Q圣QQ2论文起止时间：201I．09一一2013．10长春理工大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的博士学位论文《基于DMD的红外双波段共光路投影物镜设计》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已

2、经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：豸垃§冽年；月五日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属长春理工大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为长春理工大学。同意长春理工大学保存并使用学位论文；同意长春理工大学向国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社、中国科学信息研究所送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。(涉

3、密论文在解密后遵守此规定)密情况约定：(打“√”选择)文非涉密论文。口本论文属作者签名：导师签名：使用本授权书。月沈Et月且摘要由于温度高于绝对零度的所有物体都有红外辐射，为探测和识别目标提供了客观基础。红外系统的主要工作方式为被动式，它接收目标自身发射或反射其他光源的红外辐射，优点是隐蔽性好，不被敌方电子干扰。因而红外技术被广泛应用于军事领域，为警戒、侦查、防空和制导提供了有力的技术支持。随着红外技术的进步，红外制导技术由点源跟踪制导逐渐发展为成像跟踪制导。成像跟踪制导技术是通过光机扫描和多元探测器获取目标和图像信息，经信息处理和鉴别，自动跟踪和打击目标。但现有的红外导引头绝大多

4、数只针对单波段设计，在复杂背景、恶劣环境或存在目标伪装时，红外探测器接收到的信息量明显不足，给目标的探测和识别带来了一定影响。随着红外焦平面阵列的发展和可同时响应两个红外波段的焦平面阵列问世，使红外双波段成像制导成为可能。双波段导引头的性能测试也成为了研究的焦点。传统的场外试飞实验不仅耗时费钱，而且数据采集困难，精度低；因此针对双波段导引头研制红外双波段景象生成器具有重大意义。本文根据双波段导引头的特点，结合红外成像原理开展双波段景象生成器的研究，完成了如下工作：(1)介绍了红外双波段景象发生器的研究基础。主要包括红外双色成像制导技术、景象生成技术的发展及基于DMD的红外双波段景象

5、发生器的结构和工作原理。并对其核心原件数字微镜器件(DMD)进行了着重研究，就DMD应用于红外双波段景象发生器需改进的问题进行了说明和讨论。(2)介绍变焦系统的原理，对不同补偿方式的变焦系统进行了对比和分析，根据其特点和系统的设计要求，选择了合适的变焦补偿方式。讨论了基于高斯光学理论而建立的机械补偿变焦系统的变焦方程，为变焦系统的结构设计作了理论准备。(3)叙述了红外光学系统的结构形式，分析了其优缺点后，确定了本设计采用折射式共光路这种形式来实现。红外双波段共光路光学系统的设计难点是校正双波段的像差；使两个波段同时达到良好的成像质量，本文简述了红外成像系统产生的各种像差及如何校正，

6、着重介绍了双波段色差的产生原理以及如何对双波段共光路系统消除色差，并指出了双波段像差校正的关键。深入讨论了衍射元件及非球面的原理，为系统结构的简化及像差的消除提供了理论支持。(4)根据红外景象生成器的使用要求确定了红外双波段共光路投影物镜设计参数及指标。使用Zemax光学设计软件设计了符合要求的双波段共光路投影物镜，工作波段为3-5pm和8．121xm；F数为2．8：焦距为200mm。并对设计完成的投影物镜进行了像质评价，传递函数在空间截止频率为171p／mm时红外中波波段能达到O．7以上，红外长波波段能达到O．4以上；点列图中几乎所有能量均集中在艾里斑以内；波像差满足瑞利判据。其

7、像质能够满足设计要求，设计结果良好，最后对设计结果进行了规划，以满足加工要求。(5)在红外双波段共光路投影物镜的基础上，为了实现模拟不同大小目标的需求，设计了红外双波段共光路两档变焦投影物镜。焦距范围为50．200mm，工作波段为3-51am和8．121ma，变焦过程中F数为3且恒定不变。对设计完成的投影物镜进行了像质评价，两个波段传递函数在空间截止频率为171p／ram时均能达到03以上；点列图中大部分能量均集中在艾里斑以内。其像质能够满足设计要求，设计结果良好，最