长波红外变焦系统的设计与研究

摘要

随着社会的发展，光学设计行业也越来越得到人们的关注，并且逐步成为目前各国研究的一个重要领域。红外线能够穿透尘埃和烟雾，可以利用其进行夜间探测，红外变焦探测器也就以其独特的优越性渗入到一些特殊的行业中。根据中国人民解放军总装备部某工厂的要求，本文设计了一款长波红外变焦镜头。由于加入非球面设计，此镜头结构简单易安装，并且像质良好。
　　本文首先介绍了红外变焦镜头发展的概况，然后简单介绍了变焦镜头的三种补偿方式，重点介绍了机械补偿法，并对其补偿曲线进行了分析，选择负组补偿的方式进行结构设计。
　　基于一款专利US4148548A的初始结构，运用光学设计软件CODE-V进行优化设计。本款探测器要求结构简单，为简化系统结构，消除像差，本文增加非球面设计，并从场曲，畸变，调制传递函数等方面对系统的像质进行评价，通过对像质评价发现，系统在各个焦距时的畸变基本为零，场曲也在允许的范围之内，MTF值在极限频率时更是达到了0.5以上。
　　结合应用与实际生产，本文对系统的MTF值进行了公差分析，得到MTF值在0.4上的概率都达到99％。
　　最后本文引用了一种新型的方法来设计凸轮曲线。即在PROE软件中输入变倍组移动位置的点，通过设置适当的横纵坐标得到平滑的凸轮曲线，这种方法比一般的编程法简便。

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摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 红外成像技术发展

1．2 变焦系统的概述

1．3 红外变焦系统的发展

1．4 本课题研究内容

第二章 变焦系统工作过程和基本要求

2．1 变焦系统的三种结构

2．1．1 光学补偿变焦系统

2．1．2 全动型变焦光学系统

2．1．3 机械补偿变焦系统

2．2 变焦过程中的几个重要的规律

2．2．1 改变组份的间隔实现焦距的改变

2．2．2 共轭距改变量总和为零实现像面稳定

2．2．3 物象交换原则

2．3 变焦系统变焦方程

2．4 正组补偿变焦系统高斯光学分析

2．5 负组补偿变焦系统的高斯光学分析

2．5．1 补偿曲线的分析

2．5．2 按物象交换原则设计的负组补偿系统

2．6 本章小结

第三章 长波红外变焦系统总体设计

3．1 优化软件概述

3．2 设计过程

3．2．1 设计要求

3．2．2 初始结构

3．2．3 优化步骤

3．2．4 非球面的设计

3．2．5 非球面方程分析

3．2．6 软件优化

3．3 本章小结

第四章 设计结果分析

4．1 设计结果参数

4．2 球差

4．3 场曲

4．4 畸变

4．5 调制传递函数

4．5．1 利用MTF曲线来评价成像质量

4．6 分辨率

4．6．1 点列图

4．7 本章小结

第五章 公差分析

5．1 公差分配方法的比较

5．2 对系统MTF值进行公差分析

5．3 本章小结

第六章 凸轮曲线

6．1 凸轮机构

6．2 凸轮曲线

6．3 本章小结

第七章 总结及展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

附录