三波段连续共变焦稳像光学系统设计

摘要

近年来，随着科技水平的进步以及社会需求的提高，单一波段变焦系统已远远不能满足现代信息获取多元化、便捷化、实时化的要求。双波段甚至多波段的变焦系统，因其可探测目标范围较广、获取目标信息全面以及可对目标进行连续观测等优点，越来越多地受到光学设计工作者的青睐。另外，应用环境的日趋复杂也要求光学系统可以抵抗外界不稳定环境对成像所造成的的干扰，这就需要对光学系统进行稳像设计。因此，将多波段变焦与稳像结合起来，设计出具有稳像功能的多波段变焦系统已成为当今光学系统设计研究的前沿热点。目前，绝大多数的多波段变焦系统都是由多个独立的通道拼接而成，这就导致系统体积较庞大、结构复杂;且具有稳像功能的也多为单波段的望远系统，可以实现稳像的多波段变焦系统仍然鲜有报道。
　　针对上述问题，本文设计一款三波段连续共变焦光学系统，系统变焦比为10×。系统采用共口径方式同时接收可见、中/长波红外三个波段的光波;利用直接变倍比差补偿法补偿三个波段间的变倍比差，使三个波段的变倍比相同且在任一变焦位置焦距相等。另外，在系统中加别汉棱镜使进行稳像，使系统具备稳像功能。设计结果表明，该系统变焦范围8.6～86mm，在整个变焦过程中，三个波长间焦距的最大差值小于0.005mm。可见光工作波段为0.38～0.76μm，其调制传递函数值在空间频率80lp·mm-1处达到0.4以上;中/长波红外工作波段分别为3～5μm、8～10μm，这两个波段调制传递函数值在频率为20lp·mm-1处达到0.35以上。设计所得到的系统比传统的多通道拼接而成的多波段变焦系统体积小很多，在反应速度和实时性上都有很大的提高。系统具有稳像功能，能够在运动状态下正常工作。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 多波段变焦系统国内外研究现状

1．2．2 稳像系统国内外研究现状

1．3 论文主要内容及章节安排

1．4 论文创新点与优势

1．5 本章小结

2 系统整体方案设计

2．1 系统方案设计

2．1．1 变焦方式选择

2．1．2 稳像方式选择

2．1．3 系统结构设计

2．2 设计流程及设计难点

2．2．1 设计流程

2．2．2 设计难点

2．3 本章小结

3 变焦系统设计

3．1 初始结构设计

3．1．1 设计指标

3．1．2 初始结构设计

3．1．3 初始结构优化及分析

3．2 变倍比差补偿组设计

3．3 本章小结

4 稳像设计

4．1 稳像方法

4．2 稳像机制

4．2．1 稳定方式

4．2．2 稳定系统

4．3 本章小结

5 设计结果及像质评价

5．1 系统结构图

5．2 像质评价

5．3 能量分布

5．4 变倍比差补偿结果

5．5 变焦曲线拟合

5．6 镀膜

5．7 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 未来工作的展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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