致冷型离轴反射光学系统研究

摘要 .............................................................................................................................. I ABSTRACT ........................................................................................................................... I I 目录 ........................................................................................................................... III 第一章绪论 . (1)

1.1论文的研究背景与意义 (1)

1.2共轴反射系统的发展 (2)

1.2.1共轴两反射镜系统 (2)

1.2.2共轴三反射镜系统与共轴多反射镜系统 (3)

1.3离轴反射系统的发展 (4)

1.3.1国外研究现状 (4)

1.3.2国内研究现状 (7)

1.4论文的主要内容与结构安排 (8)

第二章离轴反射光学系统的结构与像差特性 (9)

2.1离轴反射光学系统的结构形式 (9)

2.1.1离轴反射式系统的实现途径 (9)

2.1.2离轴反射式系统的结构形式 (10)

2.2矢量化波像差方法表示离轴光学系统的像差 (13)

2.3离轴光学系统的三级像差特性 (15)

2.4本章小结 (19)

第三章光学自由曲面的研究及其在离轴反射系统中的应用 (21)

3.1光学自由曲面的设计 (21)

3.1.1光学自由曲面的描述方法 (21)

3.1.2光学自由曲面的设计方法 (25)

3.2光学自由曲面的加工与检测 (26)

3.2.1光学自由曲面的加工 (27)

3.2.2光学自由曲面的检测 (28)

3.3自由曲面技术在离轴反射系统中的应用 (29)

3.4本章小结 (31)

第四章致冷型二次成像离轴三反射镜光学系统设计 (32)

4.1致冷型离轴反射系统的结构特点 (32)

4.1.1冷光阑的位置对致冷型离轴反射系统结构特点的影响 (32)

4.1.2一次成像式致冷型离轴反射光学系统 (34)

4.1.3二次成像式致冷型离轴反射光学系统 (34)

4.2致冷型二次成像离轴三反射镜光学系统的设计方法 (35)

4.3大视场致冷型离轴反射光学系统对探测器的要求 (37)

4.4致冷型二次成像离轴三反射镜光学系统设计 (37)

4.4.1设计要求 (37)

4.4.2设计过程 (38)

4.4.3设计结果及像质评价 (40)

4.5本章小结 (44)

III

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结论 (45)

致谢 (46)

参考文献 (47)

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第一章绪论

1.1论文的研究背景与意义

随着军用与民用领域对目标观测距离、观测精度要求的不断提高，空间遥感技术越来越受到重视。在空间遥感领域里，红外光学系统对环境的适应能力更强，能够在特殊的条件下完成长距离观测，例如通过观测地球大气变化，可以绘制气象云图；通过对陆地与海洋的监控，可以预防火山喷发、煤矿自燃、海啸、风暴潮等灾害。在军事领域中，坦克、军舰、飞机上往往都装备有红外光学系统。红外系统的探测方法是通过探测由景物与其所处环境存在的温度差异所产生不一样的红外辐射来实现的。系统通过监测物体自身发出的辐射能量，完成对目标的分辨与识别[1-3]。

透射红外材料价格昂贵,大口径时无法保证均匀性，因此系统难以实现大口径。

反射系统没有色差,光谱范围宽，材料价格相对低，因此反射式结构可应用于红外系统。

对于同轴反射系统而言，例如经典的卡塞格林系统与R-C系统，系统中均存在着中心遮拦问题[4]，这会对系统的能量与MTF产生严重的影响，故在设计中需要对反射镜进行离轴设置，实现无遮拦。离轴反射镜在实际系统安装过程中存在着较大的难度,因此系统中离轴反射镜不宜过多，三片镜式结构较为普遍。

红外光学系统又分为致冷型系统与非致冷型系统两种[5]。与非致冷型光学系统相比，致冷型光学系统采用致冷探测器，探测器一般工作在80K的低温环境中，图1.1为致冷型系统示意图[6]。通过应用挡光环、改变镜筒涂层、对镜筒磨光、探测器局部致冷等方法达到系统自身热辐射抑制的目的。所以致冷型光学系统具有更高的灵敏度，同时增高了系统的信噪比。因此在对灵敏度与信噪比有严格要求的情况下，致冷型光学系统就越发重要[7]。

图1.1 致冷型系统示意图

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