长波红外光学系统无热化检测仪的光学系统设计

论文摘要

随着红外成像导引技术快速的发展,其导引头的测试技术的需求也更加迫切。可是,目前国内对红外波段光学组件的测试方法还停留在相对落后的阶段,测试的精度也相当有限。现所研制的长波红外无热化设计检测仪,在其他温度的情况下,可以通过导引头光学系统的离焦量及其所成像点大小、像点形状和能量分布等技术数据,而自动完成导引头光学系统的无热化设计效果的检测,科技含量高,填补了国内的空白。光学系统作为检测仪的核心组成,其意义重大就更不言而喻了。本文介绍了长波红外无热化设计检测仪的工作原理。通过对检测仪技术指标和总体方案的分析,确定了光学系统的结构由光源组件、准直装置、高低温箱窗口、红外显微物镜组成,并针对光学系统各个组成部件的特点和技术要求,进行深入的讨论,经过仔细研究及计算,最终确定了各个部件的结构及参数。其中,红外显微物镜是设计的主要内容之一,文中结合被测光学系统的参数,用CODE V设计了一个材料为锗,四片的长波红外显微物镜,其波段为8～12μm,数值孔径为0.35,全视场为14mm。并通过对物镜进行MTF分析、点列图、场曲及畸变分析和包围圆能量分析,各项均满足要求,设计结果符合要求。由于高低温箱窗口作为检测仪光学系统的一部分,其工作时始终处在一定温度范围内,因此要对窗口玻璃进行热分析,以确定检测仪是否受到其不良影响,以便采取必要措施。又因为红外光学系统受杂散光影响较大,所以要对其进行鬼像分析。最后对检测仪进行了精度分析,用以确认检测仪的测试精度,从而保证检测仪的质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 无热化检测技术发展现状
• 1.2.1 无热化技术发展现状
• 1.2.2 导引头测试技术的发展现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 红外无热化检测仪的原理
• 2.1 检测设备技术指标要求
• 2.2 长波红外光学系统无热化检测仪的原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 检测仪的光学系统设计
• 3.1 高低温箱窗口的选取
• 3.2 光源组件
• 3.3 离轴抛物面的参数确定及设计
• 3.4 长波红外显微镜的设计
• 3.4.1 红外显微物镜数值孔径的计算
• 3.4.2 红外显微物镜放大倍率的确定
• 3.4.3 显微物镜线视场的计算
• 3.4.4 红外显微物镜焦距的确定
• 3.4.5 设计结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 对光学系统的热分析和鬼像分析
• 4.1 环境温度对光学系统的影响
• 4.1.1 均匀温度变化对光学系统成像质量的影响
• 4.1.2 径向梯度温度变化对光学系统成像质量的影响
• 4.1.3 高低温箱窗口的热分析
• 4.2 对长波红外光学系统的鬼像分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 光学系统公差及精度分析
• 5.1 公差分析
• 5.2 误差分析
• 5.2.1 仪器原理误差
• 5.2.2 对被测红外光学系统的测试误差分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢