制冷型红外双波段连续变焦光学系统设计

【摘要】：随着红外技术与机载观瞄技术的发展,单一波段定焦红外光学系统已不能满足现代信息获取多元化、便捷化、实时化等要求。将多波段与连续变焦融合在一个光学系统进行侦查跟踪已经成为当今军事科学技术的前沿热点。对比单一波段的红外光学系统,红外双波段系统在兼顾单波段系统优势的同时,利用两个波段相互融合能有效剔除目标信息伪装信号,大大降低了虚警率,并提升了对目标信息的获取量。与此同时,连续变焦系统也有着其独有的优势：既能通过大视场观察,又能利用小视场瞄准,且作业过程中无需切换即可通过连续变焦对目标持续跟踪捕捉,保证了系统实时性、高效性、平稳性等需求。本文在分析了国内外近些年有关红外双波段系统以及红外连续变焦系统研究的基础上,对红外双波段连续变焦光学系统的设计方法、设计方案以及设计理念进行了详细研究。通过研究最终设计出了制冷型红外双波段连续变焦光学系统。该系统变倍比为25倍,利用机械两组元非线性补偿运动实现了双波段像面稳定的共同连续变焦。变焦曲线平滑无拐点,两组元移动行程较短,变焦速率快。该系统采用了设计难度较大的双波段共光路透射结构形式满足了对3.6μm～4.8μmm、7.7μm～4.5μm、7.7μm～9.3μm两个红外谱段同时成像工作的要求,并结合二次成像技术实现了制冷型系统100%冷光阑效率。该制冷型红外双波段连续变焦光学系统各像差曲线、点列图以及传递函数曲线表征：系统成像质量良好,中波红外MTF在201p/mm时各视场下均高于0.5,长波红外MTF在201p/mm时各视场下均高于0.3。此外,双波段各焦深在同时工作时均小于系统理论焦深,在连续变倍过程中焦距差值也控制在其理论焦深范围内。最后,通过机电主动式方法实现了-40℃～60℃范围内消热差设计,并运用反向光线追迹等多种方法对系统冷反射进行了分析。
【关键词】：红外双波段 连续变焦 二次成像 共光路系统 消热差
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN216