基于DMD的紅外雙波段共光路投影物鏡設計.pdf

1、由于溫度高于絕對零度的所有物體都有紅外輻射，為探測和識別目標提供了客觀基礎。紅外系統(tǒng)的主要工作方式為被動式，它接收目標自身發(fā)射或反射其他光源的紅外輻射，優(yōu)點是隱蔽性好，不被敵方電子干擾。因而紅外技術(shù)被廣泛應用于軍事領域，為警戒、偵查、防空和制導提供了有力的技術(shù)支持。隨著紅外技術(shù)的進步，紅外制導技術(shù)由點源跟蹤制導逐漸發(fā)展為成像跟蹤制導。成像跟蹤制導技術(shù)是通過光機掃描和多元探測器獲取目標和圖像信息，經(jīng)信息處理和鑒別，自動跟蹤和打擊目標。但現(xiàn)

2、有的紅外導引頭絕大多數(shù)只針對單波段設計，在復雜背景、惡劣環(huán)境或存在目標偽裝時，紅外探測器接收到的信息量明顯不足，給目標的探測和識別帶來了一定影響。隨著紅外焦平面陣列的發(fā)展和可同時響應兩個紅外波段的焦平面陣列問世，使紅外雙波段成像制導成為可能。雙波段導引頭的性能測試也成為了研究的焦點。傳統(tǒng)的場外試飛實驗不僅耗時費錢，而且數(shù)據(jù)采集困難，精度低;因此針對雙波段導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)雙波段導引頭的特點，

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。主要包括紅外雙色成像制導技術(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。并對其核心原件數(shù)字微鏡器件(DMD)進行了著重研究，就DMD應用于紅外雙波段景象發(fā)生器需改進的問題進行了說明和討論。
　　(2)介紹變焦系統(tǒng)的原理，對不同補償方式的變焦系統(tǒng)進行了對比和分析，根據(jù)其特點和系統(tǒng)的設計要求，

4、選擇了合適的變焦補償方式。討論了基于高斯光學理論而建立的機械補償變焦系統(tǒng)的變焦方程，為變焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計作了理論準備。
　　(3)敘述了紅外光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，分析了其優(yōu)缺點后，確定了本設計采用折射式共光路這種形式來實現(xiàn)。紅外雙波段共光路光學系統(tǒng)的設計難點是校正雙波段的像差;使兩個波段同時達到良好的成像質(zhì)量，本文簡述了紅外成像系統(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計參數(shù)及指標。使用Zemax光學設計軟件設計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。并對設計完成的投影物鏡進行了像質(zhì)評價，傳遞函數(shù)在空間截止頻率為171p/mm時紅外中波波段能達到0.7以上，紅外長波波

6、段能達到0.4以上;點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)能夠滿足設計要求，設計結(jié)果良好，最后對設計結(jié)果進行了規(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上，為了實現(xiàn)模擬不同大小目標的需求，設計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，變焦過程中F數(shù)為3且恒定不變。對設計完成的投影物鏡進行了像質(zhì)評價，兩個波段傳遞函數(shù)在空間截