Шилин Аркадий Александрович. Исследование и разработка атермализованных оптических систем тепловизионных приборов с матричным приемником излучения

brief description

Шилин Аркадий Александрович. Исследование и разработка атермализованных оптических систем тепловизионных приборов с матричным приемником излучения: диссертация ... кандидата технических наук: 05.11.16 / Шилин Аркадий Александрович;[Место защиты: ФГБОУ ВПО «Тульский государственый университет»].- Тула, 2014.- 109 с.

ФГБОУ ВПО «ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
На правах рукописи

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА
АТЕРМАЛИЗОВАННЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ПРИБОРОВ
С МАТРИЧНЫМ ПРИЕМНИКОМ ИЗЛУЧЕНИЯ
специальность 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие
системы (в промышленности)
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, Погорельский С.Л.
Тула, 2014

Оглавление
Введение 3
Глава 1. Задача атермализации тепловизионного прибора 9
1.1 Тепловизионный прибор 9
1.2 Влияние температуры на тепловизионный прибор 15
1.3 Способы атермализации оптической системы тепловизионного прибора... 19
1.4 Задача пассивной атермализации и известные методы ее решения 26
1.5 Обзор дополнительных источников публикаций 30
1.6 Выводы по Главе 1 33
Глава 2. Синтез оптической системы тепловизионного прибора 34
2.1 Принцип таутохронности как критерий оценки оптической системы 34
2.2 Свойства оптических материалов для ИК-диапазона длин волн 41
2.3 Матричные приемники излучения ИК-диапазона длин волн 48
2.4 Исходные данные для расчета оптической системы 57
2.5 Выводы по Главе 2 62
Глава 3. Пассивная атермализация оптической системы тепловизионного прибора 63
3.1 Влияние составляющих термо оптической постоянной на ход лучей в линзе 63
3.2 Методика расчета пассивно атермализованного тепловизионного прибора 69
3.3 Оценка параметров тепловизионных приборов 74
3.4 Выводы по Главе 3 79
Глава 4. Экспериментальные данные исследований 80
4.1 Примеры построения пассивно атермализованных оптических систем
тепловизионного прибора 80
4.2 Выводы по Главе 4 96
Заключение ; 97
Список использованной литературы 99
Приложения 107
Графическое представление метода выбора материалов для диапазона
3-5 мкм 107
Графическое представление метода выбора материалов для диапазона 8-14 мкм 108
Акт о внедрении результатов диссертационной работы в производство 109

bibliography

Заключение
По результатам работ, выполненных в процессе написания диссертационной работы, можно сформулировать следующие выводы и результаты:
1) Проведен анализ существующих методов исправления термических аберраций. На его основании и на результатах обзора дополнительных источников публикаций показано, что существующим методам исправления термических аберраций присущ ряд недостатков и ограничений, которые значительно усложняют проектирование атермализованных многокомпонентных тепловизионных систем.
2) Рассмотрены недостатки проанализированных методов. На их основании сделан вывод о предпочтительности расчета атермализованной оптической системы при помощи точных тригонометрических формул.
3) Предложен критерий оценки влияния термических аберраций на оптическую систему тепловизионного прибора, основанный на применении принципа таутохронности, предложена математическая модель его расчета и обоснована целесообразность его применения. В качестве метода оценки влияния термических аберраций предложено контролировать с.к.о. изменения разности хода лучей ст в зависимости от температуры.
4) Изучены свойства оптических материалов, показаны различия в их характере пропускания длин волн дальнего и среднего ИК-диапазона, показана возможность использования материалов с отрицательным температурным коэффициентом изменения показателя преломления и сформулированы рекомендации по учету разницы расчетных и реальных значений показателя преломления при проектировании ТПВП.
5) Проведен обзор применения матричных приемников излучения и анализ характеристик современных МПИ. Сформулированы исходные данные для расчета и оценки атермализованной оптической системы тепловизионного прибора.
6) Изучен характер влияния составляющих термооптической постоянной на выполнение условия таутохронности при изменении температуры, что позволило предложить применение материалов с отрицательным температурным коэффициентом изменения показателя преломления в качестве пассивных оптических компенсаторов термических аберраций.
7) Предложен метод выбора материалов оптических элементов для
пассивной атермализации многокомпонентной оптической системы
тепловизионного прибора. На его основе разработана и представлена методика расчета ТПВП, применение которой позволяет минимизировать время на создание атермализованной многокомпонентной оптической системы
тепловизионного прибора, что подтверждено результатами моделирования в среде Zemax. Сформулированы рекомендации по проектированию тепловизионных приборов.
8) Определены оптические схемы, при использовании которых возможно построение пассивно атермализованных ТПВП для работ в среднем и дальнем ИК-диапазоне длин волн.
9) Предложена методика выполнения сравнительной оценки параметров ТПВП по геометрическому и энергетическому разрешению, которая требует минимум параметров для расчета и дает результаты, приближенные к реальным значениям, что доказано при помощи эксперимента.
10) На основании расчетов предложены базовые оптические схемы атермализованных ОС ТПВП для дальнего и среднего ИК-диапазонов длин волн с возможностью оптимизации параметров под заданные техническим заданием значения.