基于DMD的紅外雙波段共光路投影物鏡設(shè)計(jì).pdf

1、由于溫度高于絕對(duì)零度的所有物體都有紅外輻射，為探測(cè)和識(shí)別目標(biāo)提供了客觀基礎(chǔ)。紅外系統(tǒng)的主要工作方式為被動(dòng)式，它接收目標(biāo)自身發(fā)射或反射其他光源的紅外輻射，優(yōu)點(diǎn)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(dǎo)提供了有力的技術(shù)支持。隨著紅外技術(shù)的進(jìn)步，紅外制導(dǎo)技術(shù)由點(diǎn)源跟蹤制導(dǎo)逐漸發(fā)展為成像跟蹤制導(dǎo)。成像跟蹤制導(dǎo)技術(shù)是通過(guò)光機(jī)掃描和多元探測(cè)器獲取目標(biāo)和圖像信息，經(jīng)信息處理和鑒別，自動(dòng)跟蹤和打擊目標(biāo)。但現(xiàn)

2、有的紅外導(dǎo)引頭絕大多數(shù)只針對(duì)單波段設(shè)計(jì)，在復(fù)雜背景、惡劣環(huán)境或存在目標(biāo)偽裝時(shí)，紅外探測(cè)器接收到的信息量明顯不足，給目標(biāo)的探測(cè)和識(shí)別帶來(lái)了一定影響。隨著紅外焦平面陣列的發(fā)展和可同時(shí)響應(yīng)兩個(gè)紅外波段的焦平面陣列問(wèn)世，使紅外雙波段成像制導(dǎo)成為可能。雙波段導(dǎo)引頭的性能測(cè)試也成為了研究的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的場(chǎng)外試飛實(shí)驗(yàn)不僅耗時(shí)費(fèi)錢，而且數(shù)據(jù)采集困難，精度低;因此針對(duì)雙波段導(dǎo)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(dǎo)引頭的特點(diǎn)，

3、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(dǎo)技術(shù)、景象生成技術(shù)的發(fā)展及基于DMD的紅外雙波段景象發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和工作原理。并對(duì)其核心原件數(shù)字微鏡器件(DMD)進(jìn)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(jìn)的問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明和討論。
　　(2)介紹變焦系統(tǒng)的原理，對(duì)不同補(bǔ)償方式的變焦系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比和分析，根據(jù)其特點(diǎn)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，

4、選擇了合適的變焦補(bǔ)償方式。討論了基于高斯光學(xué)理論而建立的機(jī)械補(bǔ)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(jì)作了理論準(zhǔn)備。
　　(3)敘述了紅外光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)后，確定了本設(shè)計(jì)采用折射式共光路這種形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。紅外雙波段共光路光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是校正雙波段的像差;使兩個(gè)波段同時(shí)達(dá)到良好的成像質(zhì)量，本文簡(jiǎn)述了紅外成像系統(tǒng)產(chǎn)生的各種像差及如何校正，著重介紹了雙波段色差的產(chǎn)生原理以及如何對(duì)雙波段共光路系統(tǒng)消除色差，并指出了雙

5、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(jiǎn)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(jì)參數(shù)及指標(biāo)。使用Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)了符合要求的雙波段共光路投影物鏡，工作波段為3-5μm和8-12μm;F數(shù)為2.8;焦距為200mm。并對(duì)設(shè)計(jì)完成的投影物鏡進(jìn)行了像質(zhì)評(píng)價(jià)，傳遞函數(shù)在空間截止頻率為171p/mm時(shí)紅外中波波段能達(dá)到0.7以上，紅外長(zhǎng)波波

6、段能達(dá)到0.4以上;點(diǎn)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)。其像質(zhì)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)結(jié)果良好，最后對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)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(shí)現(xiàn)模擬不同大小目標(biāo)的需求，設(shè)計(jì)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3-5μm和8-12μm，變焦過(guò)程中F數(shù)為3且恒定不變。對(duì)設(shè)計(jì)完成的投影物鏡進(jìn)行了像質(zhì)評(píng)價(jià)，兩個(gè)波段傳遞函數(shù)在空間截