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大视场微光夜视仪光学系统设计

作　者: 刘欣
导　师: 刘钧
学　校: 西安工业大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 微光夜视仪 光学设计 折/衍混合系统 衍射光学元件 非球面
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


微光夜视仪是一种采用光电转换方法,利用像增强器对微光图像进行处理的仪器。它可以实现在低照度条件下的可视观察,帮助作战人员在夜间侦查和打击目标。多年来,军用飞机一直使用视场范围在30°到45°的微光夜视仪,但在执行任务时,飞行员的视场会受到传统微光夜视仪视场的限制,出现对侦查和打击目标的遗漏等问题。为此,文中研究了一种大视场微光夜视仪,并设计出了更加接近于人眼的连续宽视场光学系统。本文主要研究了以下内容：首先,简要介绍了微光夜视仪中像增强器的工作原理以及发展状况,通过对光学系统技术指标及实战要求的分析选择三代像增强器作为设计的核心器件。其次,对大视场微光夜视仪的总体方案进行了论证,采用多物镜结构结合合像原理,确定了夜视仪的总体方案及设计参数。最后,根据技术要求对大视场微光夜视仪的物镜和目镜进行了参数计算,并对光学系统的设计结果进行了像质评价。文中选用五组七片式双高斯物镜作为物镜初始结构,利用双菱形棱镜作为主物镜和辅助物镜的视场合像结构,选用工作距离比较长的惠更斯光学系统作为目镜的初始结构,设计了成像质量满足技术要求的大视场微光夜视仪光学系统。结果表明在光学系统中使用衍射面与非球面不仅可以提高系统成像质量、简化结构而且可以降低系统重量,同时减小系统体积。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题的意义及目的  8-9
    1.1.1 课题的意义  8-9
    1.1.2 课题的目的  9
  1.2 国内外微光夜视仪的研究现状和发展趋势  9-11
  1.3 本文研究的主要内容和章节安排  11-13
    1.3.1 研究的主要内容  11-12
    1.3.2 章节安排  12-13
2 大视场微光夜视仪的总体设计  13-28
  2.1 微光夜视仪的工作原理  13
  2.2 设计要求  13
  2.3 总体设计方案的确定  13-16
    2.3.1 传统微光夜视仪光学系统结构  14-15
    2.3.2 四通道双目微光夜视仪总体结构设计  15-16
    2.3.3 合像系统中棱镜的选择  16
  2.4 微光夜视仪中像增强器的选择  16-20
    2.4.1 像增强器的工作原理及内部结构  16-17
    2.4.2 像增强器的比较与选择  17-20
  2.5 光学系统参数的确定  20-27
    2.5.1 光学系统的视放大率  20
    2.5.2 物镜光学系统参数的确定  20-22
    2.5.3 目镜光学系统参数的确定  22-24
    2.5.4 微光夜视仪T数的计算  24
    2.5.5 光学系统亮度计算  24-25
    2.5.6 探测距离的估算  25-27
  2.6 本章小结  27-28
3 特殊面型的设计方法  28-39
  3.1 衍射光学元件的设计方法  28-35
    3.1.1 折/衍混合光学系统的特点  28-29
    3.1.2 衍射光学元件初始结构设计  29
    3.1.3 衍射光学元件的像差特性  29-35
    3.1.4 衍射效率分析  35
  3.2 非球面透镜设计方法  35-38
    3.2.1 非球面初始结构设计  35-36
    3.2.2 非球面的像差特性  36
    3.2.3 高次项非球面的参数计算  36-38
  3.3 本章小结  38-39
4 大视场微光夜视仪物镜光学系统设计  39-47
  4.1 物镜光学系统设计要求  39
  4.2 初始结构的比较与选择  39-40
    4.2.1 匹兹伐物镜  39
    4.2.2 双高斯物镜  39-40
  4.3 传统球面光学系统设计结果及像质评价  40-42
  4.4 物镜光学系统设计  42-46
    4.4.1 主物镜光学系统设计结果及其像质评价  42-44
    4.4.2 辅助物镜光学系统设计结果及其像质评价  44-46
  4.5 本章小结  46-47
5 大视场微光夜视仪目镜光学系统设计  47-52
  5.1 目镜光学系统设计要求  47
  5.2 初始结构的比较与选择  47-48
  5.3 目镜的设计过程及像质评价  48-51
  5.4 本章小结  51-52
6 结论与展望  52-54
  6.1 结论  52
  6.2 展望  52-54
参考文献  54-58
致谢  58-61
附录  61-64

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器
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