非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统研究
Research on Refractive/Diffractive Hybrid Dual Field-of-view Optical System for Uncooled Infrared Thermal Imager
红外热成像技术在军事领域和民用工程都具有广泛的应用价值.非制冷红外热像仪具有不需制冷,成本低、体积小、功耗小、重量轻等优点,因此在红外热成像系统的发展中占据着举足轻重的地位.光学系统是非制冷红外热像仪的重要组成部分,视场中的目标和背景图像,通过光学系统传递和成像在红外探测器上,由探测器转换成相应的电信号,电信号经过图像识别和图像处理后,在显示器上显示出可见的热图像.因为热像仪在对具体目标进行识别时希望用长焦距、小视场,以保证识别距离和精度;但在捕获和观察时,希望用短焦距和大视场.定焦距光学系统难于满足上述使用要求,而连续变焦光学系统在系统设计、轻量化、成本低廉、冷屏匹配、凸轮设计加工等方面都有较大的困难.因此在该文中采用了两档变焦光学系统,它较好地兼顾了系统对目标的捕获、识别与系统的简便实用和轻量化.该文针对非制冷红外热像仪的两档变焦光学系统展开研究.首先介绍了红外热成像技术的发展概况、非制冷红外热成像技术的发展优势和广阔的应用前景,分析了国内外非制冷红外两档变焦光学系统和二元衍射光学元件应用的研究进展,阐述了红外热像仪成像的基本理论.接着研究了二元衍射光学透镜的单色像差特性、色散特性和温度特性,针对二元衍射光学透镜独特的色散特性和温度特性,将衍射光学元件应用于定焦红外光学系统并给出了设计实例,分别设计了消色差的轻量化非制冷长波红外热像仪的光学系统和工作温度为-50℃~100℃的消热差中波红外光学系统.然后利用ZEMAX光学设计软件分别采用切换式和轴向移动式变焦方式设计了两个用于非制冷红外热像仪的两档变焦光学镜头.最后研究了红外光学系统无热化技术的三种热补偿方法,分析了三种热补偿方法的优缺点,并对前面设计的两个红外两档变焦光学系统进行无热化设计.
- 作者：
- 白瑜
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
- 专业名称：
- 光学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 杨建峰
- 中图分类号：
- O436.1
- 关键词：
- 非制冷热像仪；光学设计；两档变焦；红外光学系统；衍射光学
- Uncooled thermal imager；Optical design；Dual field-of-fiew；Infrared optical system；Diffractive optics