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灵巧型大变焦比红外变焦系统全局优化研究

刘华  
【摘要】:目的为了突破灵巧型大变焦比红外变焦传感器系统的设计瓶颈,达到视场连续变换、系统功效接近理论极限和构型灵巧等目的,方法在集成型红外变焦传感器系统的设计过程中,深入分析了此类系统的核心技术及需要重点折中的因素,比较研究了传统设计方法的实现机理及其优劣势;理论研究了基于高斯光学理论的系统误差的分布和综合平衡算法;确立了选择大幅式凝视型面阵焦平面阵列(FPA) 探测器,并采用含有连续变焦设计和衍射技术的先进的纯透射式构型;应用全局优化方法,发展了此类系统的顶层设计思想和优化模型。结果解决了宽光谱、多视场、低畸变和MTF匹配等问题,研究和评估了一种工作光谱范围主要在3~5μm变焦比为20:1以上的系统优化结果,它在系统调制传递函数 (Modulation Transfer Function,MTF)、能量集中度(Radial Energy Analysis,REA)、弥散(Spot Diagram, RMS)和其它像质判据等方面均达到应用要求;与传统常规的设计相比,系统传感器在体积和重量上仅仅不到常规设计的30%,系统效率增加了40%。运用CODE V等软件环境进行了仿真验证。结论从而实现了以灵巧型大变焦比红外连续变焦系统为主体的多传感器光电系统的集成。并且为此类系统的应用拓展了广阔的空间。

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