非制冷红外热像仪的Petzval型物镜的研制与分析[1]
非制冷红外热像图像处理技术研究的开题报告
非制冷红外热像图像处理技术研究的开题报告
一、研究背景及意义
随着红外热像技术的不断发展，热像成像设备已经逐步替代了传统的传感器，在无人机、智能安防、医学、航空等领域得到广泛应用。
而在热像图像处理领域，使用非制冷红外热像技术的需求也日益增加，这主要是由于非制冷红外热像设备相对于制冷红外热像设备更加轻巧、能耗更低、响应速度更快，成本更低，适用范围更广泛。
目前，针对非制冷红外热像图像处理的研究还不够深入，相关论文也较为有限，因此开展相关研究具有重大的理论和实际意义。
本文将重点探讨非制冷红外热像图像处理技术的研究，旨在为热像图像处理提供新的思路和方法，探索热像技术在各个领域的应用和发展。
二、研究内容和方法
1. 研究非制冷红外热像图像处理的基本原理和方法
2. 构建非制冷红外热像图像处理系统，收集、处理并分析热像数据
3. 探索基于深度学习的非制冷红外热像图像处理技术
4. 分析和比较传统处理方法和深度学习处理方法的优缺点
5. 在工业、医学、能源等领域进行实验验证，探究非制冷红外热像技术的应用价值和潜力
三、研究计划和进度安排
1. 确定研究方法和技术方案，完成文献综述 2周
2. 构建非制冷红外热像图像处理系统，采集热像数据 4周
3. 分析传统处理方法和深度学习方法的优缺点 4周
4. 探索基于深度学习的非制冷红外热像图像处理技术 6周
5. 实验验证和分析，总结结论，撰写论文 8周
四、论文结构
1. 绪论
2. 研究背景和意义
3. 研究内容和方法
4. 研究结果和分析
5. 结论和展望
6. 参考文献。
采用非制冷红外探测器的折衍混合物镜设计
性 ;在改进系统像质、减小体积和降低成本等多方面 都表现出传统光学系统无可比拟的优势[1] .
采用非制冷红外探测器的折衍混合物镜设计
白 瑜1 ,2 ,杨建峰1 ,李湘眷1 ,2 ,梁士通1 ,2 ,王洪伟1 ,2
(1. 中国科学院西安光学精密机械研究所 ,陕西 西安 710119 ;2. 中国科学院研究生院 ,北京 100039)
摘 要 :针对长波 320 ×240 元非制冷焦平面阵列探测器 ,设计了折射/ 衍射混合大相对孔径红外镜头 ,工作波段 8～12 μm ,焦 距为 90 mm ,F 数为 1 ,视场为 10°. 系统为三片式结构 ,利用二元光学元件具有大的负向色散特性 ,在第 4 面引入衍射面 ,有效 地消除了色差 ,简化了系统结构并减轻了质量 ,并用 ZEMAX 光学设计软件进行了像质评价. 结果表明 ,系统成像质量良好 ,各 项指标均满足使用要求. 关键词 :非制冷焦平面 ;折/ 衍混合 ;红外镜头 ; ZEMAX 光学设计软件 中图分类号 : TH214 文献标识码 : A
第 23 卷第 2008 年 8
4期 月
EL ECTRO -
光电技术应用
OP TIC TECHNOLO GY APPL ICA TION
Vol. 23 ,No. 4 August . 2008
文章编号 :1673 - 1255 (2008) 04 - 0028 - 03
非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统研究的开题报告
非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统研究的开题报告题目：非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统研究一、研究背景和意义红外热成像技术是一种非接触、无损、快速、全天候、全天时的温度检测技术，广泛应用于工业、军事、医学、建筑等领域。
目前红外热成像仪器主要采用制冷红外焦平面阵列（IRFPA）作为探测器，在成像品质、灵敏度等方面有优势。
但是制冷IRFPA仪器价格昂贵，不易推广应用，对于某些对价格敏感的领域，需要采用非制冷红外焦平面阵列作为探测器。
而且随着红外技术的不断发展，非制冷红外焦平面阵列的品质也得到了很大的提升，成像品质和灵敏度不断提高。
为了提高非制冷红外热成像仪的成像品质和灵敏度，本文将研究非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统，通过设计适合于非制冷红外焦平面阵列的光学系统，使得成像品质和灵敏度得到提高。
该研究对于推广非制冷红外热成像技术，提高非制冷红外热成像仪器在市场上的竞争力，具有重要的意义。
二、研究内容和方法本文将研究非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统的设计、制造和测试。
研究内容包括如下几个方面：1.折衍两档变焦光学系统理论分析和优化设计；2.光学元件的制造和组装；3.系统光学仿真和测试；4.非制冷红外热成像仪器的测试和性能评价。
在研究方法方面，将采用光学设计软件进行系统的设计和优化，采用数值仿真软件进行系统光学性能的仿真和分析，同时结合实验室的光学测试设备进行实际测试。
三、研究成果和预期目标本文将设计和制造出一款适合于非制冷红外焦平面阵列的折衍两档变焦光学系统，并进行系统光学仿真和测试。
同时对非制冷红外热成像仪器的性能进行测试和评价。
预期达到的目标有：1.设计和制造出一款成像品质和灵敏度优秀的非制冷红外热成像折衍两档变焦光学系统；2.通过光学仿真和测试，得出系统光学性能指标；3.对非制冷红外热成像仪器进行测试和评价，得出仪器的性能参数；4.提高非制冷红外热成像仪器在市场上的竞争力，推广非制冷红外热成像技术。
非制冷红外热成像测温关键技术研究
第 44 卷第 2 期2024 年 4 月振动、测试与诊断Vol. 44 No. 2Apr.2024Journal of Vibration ，Measurement & Diagnosis非制冷红外热成像测温关键技术研究*曹彦鹏1，2， 张圆圆1，2， 杨将新1，2（1.浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室 杭州，310027）（2.浙江大学浙江省先进制造技术重点研究实验室 杭州，310027）摘要 非制冷红外热成像测温过程受环境温度、测温距离和大气湿度等诸多因素影响，因此在复杂环境中实现高精度测温颇具挑战。
为了满足复杂环境中精确测温的需求，分析并研究了非制冷红外热成像测温误差的主要影响因素和关键补偿技术。
首先，针对非制冷红外探测器输出辐射温度易受环境影响的问题，设计了基于粒子群算法优化反向传播神经网络的非制冷红外探测器辐射温度预测算法，实现了不同工作温度下辐射温度的精确预测；其次，针对测温过程中的红外辐射大气衰减现象，设计了基于大气传输软件的近地红外辐射大气透射率计算方法，实现了大气透射率的准确、快速、便捷计算；最后，整合关键误差补偿技术形成了完整的非制冷红外热成像测温方法，并实验验证了以上关键技术对于提高红外测温精度和环境适应性的有效性。
关键词 非制冷红外热成像；温度测量；大气透射率；辐射温度中图分类号 TN219；TH8111 问题的引出红外热成像将可见光视觉拓展至人眼不可见的红外光谱波段，在军事、工业及民生等领域得到广泛应用，如导弹制导［1］、电气设备检测［2］、气体泄漏无损检测［3］、火灾探测与预防［4］以及生物学诊断［5］等，该技术应用实例如图1所示。
近年来，随着新型红外材料和信息处理技术的不断发展，红外热成像技术可进一步提高精度、可靠性和应用范围，向高性能、智能化、低成本的方向发展。
温度测量是红外热成像技术的重要应用之一。
红外热成像测温技术根据物体的辐射能量计算被测物体的表面温度，具有远距离、大面积、非接触性及高实时性等诸多优势，在温度测量领域发挥了重要作用。
《2024年非制冷红外热成像系统研究》范文
《非制冷红外热成像系统研究》篇一一、引言非制冷红外热成像系统是一种基于红外探测技术的先进设备，广泛应用于军事、安防、医疗和工业等领域。
该系统通过捕捉目标物体的红外辐射信息，将其转换为可见图像，实现对目标的探测、识别和跟踪。
本文将对非制冷红外热成像系统的研究进行深入探讨，分析其原理、技术、应用及发展趋势。
二、非制冷红外热成像系统原理非制冷红外热成像系统利用微测辐射热计探测器将接收到的红外辐射信号转换为电信号，进而生成红外图像。
该系统主要由光学系统、探测器、信号处理电路和显示设备等部分组成。
其中，探测器是系统的核心部件，其性能直接决定了整个系统的性能。
三、非制冷红外热成像系统技术（一）探测器技术探测器是非制冷红外热成像系统的关键技术之一。
目前，常用的探测器包括氧化钒（VOx）探测器、石墨烯探测器等。
这些探测器具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点，能够满足不同应用场景的需求。
（二）信号处理技术信号处理技术是提高非制冷红外热成像系统性能的重要手段。
通过对接收到的红外信号进行滤波、放大、数字化等处理，可以消除噪声干扰，提高图像的信噪比和分辨率。
此外，还可以采用算法优化等技术手段，进一步提高图像的清晰度和对比度。
四、非制冷红外热成像系统应用非制冷红外热成像系统具有广泛的应用领域，包括军事侦察、安防监控、医疗诊断和工业检测等。
在军事侦察领域，非制冷红外热成像系统可用于夜间侦察、目标搜索和识别等任务；在安防监控领域，该系统可用于监控城市交通、公共场所和重要设施等；在医疗诊断领域，该系统可用于辅助医生进行疾病诊断和治疗；在工业检测领域，该系统可用于检测机械设备的运行状态和故障诊断等。
五、非制冷红外热成像系统发展趋势随着科技的不断发展，非制冷红外热成像系统将朝着高性能、低成本、小型化等方向发展。
一方面，通过不断提高探测器的性能和稳定性，提高系统的整体性能；另一方面，通过优化生产工艺和降低成本，降低系统的价格，使其更广泛地应用于各个领域。
非制冷红外热成像技术的发展与现状
非制冷红外热成像技术的发展与现状邢素霞,张俊举,常本康,钱芸生(南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京 210094)摘 要:非制冷红外焦平面技术在过去的几年内飞速发展,非制冷焦平面由原来的小规模,发展到中、大规模320@240和640@480阵列,在未来的几年内有望获得超大规模的1024@1024非制冷焦平面阵列。
像素尺寸也由50L m 减小到25L m,提高了焦平面的灵敏度,使非制冷红外热成像系统在军事领域得到了成功应用,部分型号已经装备于部队,并受到好评。
今后,随着焦平面阵列规模的不断增大、像素尺寸的进一步减小,非制冷热成像系统在军事领域的应用将越来越广泛,尤其在轻武器瞄具、驾驶员视力增强器、手持式便携热像仪等轻武器方面,非制冷热成像系统在近年内有望逐步取代价格高、可靠性差、体积大等笨重的制冷型热成像系统。
关键词:非制冷焦平面阵列; 红外热成像; 轻武器中图分类号:TN21 文献标识码:A 文章编号:1007-2276(2004)05-0441-04Recent development and status of uncooled IR thermalimaging technologyXING Su -xia,Z HANG Jun -ju,C HANG Ben -kang,QI AN Yun -sheng(Opto -electronics Academy,Nanjing Universi ty of Science &Technology,Nanji ng 210094,China)Abstract:From small scale to medium and large scale 320@240,640@480unc ooled focal plane array (UFPA),uncooled infrared technology has been developed rapidly in recent years,and 1024@1024FPAs are expec ted in the future.The pixel pitch is also developed from 50~25L m,and the sensitivity is improvedlargely,so that the thermal imaging system is applied successfully in military affairs.Part model has been armed in military and measured well.In the future,with the developing larger scale and smaller pixel of UF -P A,the application of unc ooled thermal imaging system will be wider,especially in light thermal weapon,such as light weapon vision,driver vision enhancer and handle ther mal system,uncooled ther mal imaging syste m is expected to replace the high price,low reliability,big bulk cooled thermal imaging system gradually in recent years.Key words:Uncooled focal plane array; Infrared thermal imaging; Light weapon0 引 言红外热成像仪是一种可探测目标的红外辐射,并通过光电转换、电信号处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备,是集光、机、电等尖端技术于一体的高新技术产品。
非制冷凝视热像仪成像理论以及关键技术研究的开题报告
非制冷凝视热像仪成像理论以及关键技术研究的开题报告题目：非制冷凝视热像仪成像理论以及关键技术研究研究背景：热像仪是一种用于检测物体表面温度的设备，它能够通过检测物体发出的红外辐射来获取物体表面的温度分布情况。
传统的热像仪需要使用制冷技术来降低探测器温度，降低噪声和提高灵敏度。
但是制冷技术对热像仪的重量、成本和可靠性都有很大的影响。
近年来，随着材料科学和微纳技术的不断发展，出现了一种新型的热像仪技术，即非制冷凝视热像仪。
这种热像仪无需制冷，可以在室温下工作，具有成本低、体积小、功耗低等优点，被广泛应用于军事、航空航天、医疗等领域。
研究内容：本研究将重点研究非制冷凝视热像仪的成像原理与关键技术。
具体内容包括：1. 非制冷凝视热像仪的成像原理：初步探讨非制冷凝视热像仪的成像原理和红外辐射检测技术。
2. 探讨关键技术：研究非制冷凝视热像仪的红外探测器、光学系统、图像处理算法等关键技术。
3. 设计制作实验：根据研究与探讨结果，针对非制冷凝视热像仪进行设计制作并进行实验测试。
研究目的：通过研究非制冷凝视热像仪的成像原理和关键技术，探究其在航空、军事、医疗等领域的应用前景，为该技术的应用和推广提供参考依据。
研究意义：非制冷凝视热像仪具有小型化、低功耗、成本低等诸多优点，可以广泛应用于一些不适合使用制冷技术的领域，如汽车、飞机、医疗设备、安防设备等。
本研究的成果可以推动非制冷凝视热像仪技术的研究与发展，为相关领域提供可靠的热成像技术支持。
预期成果：通过本研究，将掌握非制冷凝视热像仪的成像原理和关键技术，设计制作实验并获得实验数据，并通过数据分析和比较，探讨非制冷凝视热像仪在不同领域的应用前景，为实际应用提供技术支持和推广依据。
非制冷红外热像仪的Petzval型物镜的研制与分析[1]
![非制冷红外热像仪的Petzval型物镜的研制与分析[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/7beec24f2e3f5727a5e962d9.png)
非制冷红外热像仪的P etzv al型物镜的研制与分析33张云翠1,233,孙 强1,卢振武1(1.长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:研制了应用在长波红外热成像中的Petzval型物镜,工作波段为8～12μm,F数为1,焦距为90mm,视场为12.6°,空间分辨率为0.5mrad,透镜材料均为G e。
使用折/衍混合器件作为色差校正器件代替1片负透镜,光学器件的重量从0.50kg减轻到0.38kg,衍射面采用金刚石车削技术进行加工。
利用Video光学调制传递函数仪对系统性能进行了检测,检测值的下降不超过设计值的3%。
分析了衍射器件的衍射效率对调制传递函数的影响。
关键词:红外;热成像;衍射器件;非制冷探测器中图分类号:O436 文献标识码:A 文章编号:100520086(2007)0320270203M anu factu re and A nalyse of P etzv al Objective Lens of U ncooled I nfrared Im aging Sys2 temZHANG Yun2cui1,233,SUN Qiang1,LU Zhen2wu1(1.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,CAS,Changchun130033,China;2.G raduate School of CAS,Beijing100039,China)Abstract:This paper introduces the design of an infrared thermal imaging Petzval objective lens.The focal length of the opti2 cal system is90mm,the F2number is1,the field of view is12.6°,and the material of the total two lenses is G ermanium.A diffractive/refractive lens is used instead of a negative lens to eliminate chromatic aberration,and it is fabricated by diam ond turning technology,which makes the weight of optical elements of this system decrease from0.5kg to0.38kg.The design and detection of MTF is given and the conclusion is educed that the tested MTF reduces no more than3%compared with the design quantity.The influence of diffraction efficiency with wavelength on the MTF is analyzed.K ey w ords:infrared optics;thermal imaging;diffractive optical element;uncooled detector1 引 言 采用非制冷长波红外探测器阵列的热像仪相对制冷型仪器具有价格低、重量轻、功耗小和结构紧凑等优势,具有广泛的市场[1～4]。
一种全光学微机械非致冷红外热成像芯片结构及制作方法[发明专利]
![一种全光学微机械非致冷红外热成像芯片结构及制作方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/7c36765cfd0a79563d1e72d8.png)
专利名称：一种全光学微机械非致冷红外热成像芯片结构及制作方法
专利类型：发明专利
发明人：李铁,周玉修,王翊,熊斌,王跃林
申请号：CN200610147625.6
申请日：20061220
公开号：CN1994861A
公开日：
20070711
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种全光学微机械非致冷红外热成像芯片的结构及制作方法，所述的非制冷红外热成像芯片是由框架、弯折梁、可动微镜和长条形开口组成，其中，框架与中间悬浮的可动微镜构成像素元的冷结区和热结区；弯折梁连接框架和可动微镜；弯折梁由作为结构的主要支撑材料的非金属层、上金属层和下金属层组成，上金属层与非金属层构成双材料层使梁发生偏转，下金属层调节热导；长条形开口是在可动微镜上刻蚀的腐蚀窗口。
利用〔100〕单晶硅各向异性腐蚀特性采用与(100)方向平行的开口通过正面腐蚀实现光机械敏感元结构。
由于芯片采用光学读出，不需要复杂的读出电路和致冷设备，具有价格低、体积小、功耗小等优势，特别适合制作佩戴式热成像系统。
申请人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
地址：200050 上海市长宁区长宁路865号
国籍：CN
代理机构：上海智信专利代理有限公司
代理人：潘振甦
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非制冷红外热像仪的P etzv al型物镜的研制与分析33张云翠1,233,孙 强1,卢振武1(1.长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:研制了应用在长波红外热成像中的Petzval型物镜,工作波段为8～12μm,F数为1,焦距为90mm,视场为12.6°,空间分辨率为0.5mrad,透镜材料均为G e。
使用折/衍混合器件作为色差校正器件代替1片负透镜,光学器件的重量从0.50kg减轻到0.38kg,衍射面采用金刚石车削技术进行加工。
利用Video光学调制传递函数仪对系统性能进行了检测,检测值的下降不超过设计值的3%。
分析了衍射器件的衍射效率对调制传递函数的影响。
关键词:红外;热成像;衍射器件;非制冷探测器中图分类号:O436 文献标识码:A 文章编号:100520086(2007)0320270203M anu factu re and A nalyse of P etzv al Objective Lens of U ncooled I nfrared Im aging Sys2 temZHANG Yun2cui1,233,SUN Qiang1,LU Zhen2wu1(1.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,CAS,Changchun130033,China;2.G raduate School of CAS,Beijing100039,China)Abstract:This paper introduces the design of an infrared thermal imaging Petzval objective lens.The focal length of the opti2 cal system is90mm,the F2number is1,the field of view is12.6°,and the material of the total two lenses is G ermanium.A diffractive/refractive lens is used instead of a negative lens to eliminate chromatic aberration,and it is fabricated by diam ond turning technology,which makes the weight of optical elements of this system decrease from0.5kg to0.38kg.The design and detection of MTF is given and the conclusion is educed that the tested MTF reduces no more than3%compared with the design quantity.The influence of diffraction efficiency with wavelength on the MTF is analyzed.K ey w ords:infrared optics;thermal imaging;diffractive optical element;uncooled detector1 引 言 采用非制冷长波红外探测器阵列的热像仪相对制冷型仪器具有价格低、重量轻、功耗小和结构紧凑等优势,具有广泛的市场[1～4]。
非制冷热像仪光学系统为快光学系统,一般采用正负正3片透镜即可满足要求。
近年,采用金刚石车削技术加工连续位相的衍射器件已应用在减少透镜数量的技术中[5～8]。
采用衍射器件,只需2片透镜就能够达到与3片透镜相同的成像质量,而且能够提供额外的自由度校正色差。
在过去的几年里, W ood等对衍射器件在红外光学系统的应用进行了色差校正、热差校正等的研究,考虑了加工公差对成像质量的影响,但是没有分析衍射效率下降的影响。
本文重点研究了应用衍射器件的长波红外成像Petzval型物镜的设计,给出了光学传递函数的检测结果,讨论了衍射效率对成像质量的影响。
2 系统设计 系统性能参数为:工作波段为8～12μm,F数为1,焦距为90mm,视场为12.6°,空间分辨率为0.5mrad,透镜材料均为G e。
初步确定系统由2片透镜组成,光焦度均为正,其中大部分光焦度由第1片透镜承担,第2片透镜将物体经过第1片透镜成的像重新成像在非制冷探测器的像面上。
利用ZEMAX 进行光学系统设计,首先确定系统的初始结构,需要满足以下两个方程。
1)光焦度分配方程 ∑n1h iΦi=Φ(1)式中:Φj为器件的光焦度;h i为近轴光线在透镜上的入射高度;Φ为系统的光焦度。
2)消色差方程光电子・激光第18卷第3期 2007年3月 J ournal of Optoelect ronics・L aser Vol.18No.3 Mar.2007 3 收稿日期:2006204226 修订日期:2006207204 3 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60507003);云南省省院省校科技合作计划资助项目(2004yx30);应用光学国家重点实验室开发基金资助项目(DA04Q03) 33E2m ail:zhangyuncui2@ (1h 1Φ)2∑(h 2i Φi /V i )=0(2)式中:V i 为器件的阿贝数;h i 近轴光线在透镜上的入射高度。
折射器件和衍射器件的阿贝数分别为V R =n 10-1n 8-n 12和V D =λ10-1λ8-λ12,其中n i 为不同波长的折射率,λi 为波长。
材料为G e 的阿贝数分别为1112和-2.5。
初始结构确定后,以透镜曲率半径、厚度、非球面以及衍射面参数为自由度进行优化,最后得到系统结构见图1。
2片透镜的材料为G e 。
第1片透镜后表面为非球面,校正光线经过第1片透镜后产生的较大的单色像差。
第2片透镜凸面制作的衍射面替代传统的负透镜,校正系统色差。
为了消除渐晖,在结构中加一光阑,系统在全视场无渐晕。
优化后系统的光学传递函数见图2,最大频率10lp/mm 为探测器的截止频率。
在10lp/mm 处,衍射限、0.0°、4.5°、6.3°视场的平均值分别为0.86、0.74、0.71和0.68。
图1 P etzv al 型物镜系统结构图Fig.1 P etzv al objective lens system图2 光学传递函数设计图Fig.2 T h e d esign resu lt o f MTF2 结果与分析 透镜面形采用金刚石车削技术进行加工,在加工过程中控制刀具的运动,得到设计的面形。
由于金刚石刀头尺寸的限制,对于衍射器件的特征尺寸具有一定的限制,设计的衍射面的特征尺寸为mm 量级,远大于由于刀具尺寸限制带来的加工误差,对衍射率影响很小,可以忽略不计。
利用衍射器件代替1片负透镜,加工后光学器件重量为0.38kg ,减轻了0.12kg 。
红外热像仪见图3示。
利用Video 光学传递函数仪对系统的光学传递函数进行了检测,将检测值与设计值进行比较,见表1,其中FD 代表视场角,DET 代表检测值,DES 代表设计值。
0°视场的光学传递函数值很高,接近设计值,轴外视场光学传递函数值相对设计值都有所下降。
在4.5°视场,5lp/mm 处检测值相对于设计值下降0.02,10lp/mm 处下降0.12;6.3°视场,5lp/mm 处检测值相对于设计值下降0.01,10lp/mm 处下降0.02。
在轴外视场光学传递函数检测值相对设计值下降不大,最大下降不超过设计值的3%。
分析表明,加工后系统成像质量满足应用的要求。
衍射器件的加工公差、非衍射器件的曲率半径、厚度等公差以及整机的装调过程中的偏心与倾斜等都是造成系统成像质量下降的原因,但衍射效率对系统的成像质量的影响在ZEMAX 软件没有考虑。
衍射效率对衍射器件是非常重要的参数,它意味着只有在设计波长的光能够最大到达设计级次对应的像面,偏离设计波长的光线将有少部分光衍射到其它级次成为杂散光,从而降低系统的成像质量。
为了分析不同波长衍射效率下降对光学传递函数的影响,采用标量衍射理论得到连续位相衍射器件的衍射效率为η=sin c 2λ2λn (λ)-1n (λ2)-1-1(3)图3 红外热像仪Fig.3 T h e infrared th erm al im ager表1 光学传递函数值T ab.1 T h e qu antity o f MTFFD/(°)5lp/mm 10lp/mm 00.91(DET )0.82(DET )4.50.87(DES )0.85(DET )0.71(DES )0.59(DET )6.30.88(DES )0.87(DET )0.70(DES )0.68(DET )按照式(3)进行计算衍射效率与波长的关系见图4示。
在设计波长λ2为10μm 处不考虑制作误差的情况下,衍射效率能够达到100%,在8μm 和12μm 处分别下降到81.5%和91.3%。
・172・第3期 张云翠等:非制冷红外热像仪的Petzval 型物镜的研制与分析 图4 衍射效率与波长的关系曲线Fig.4 T h e cu rve o f diffractive efficiency w ith w avelength 多波长的光学传递函数可以近似等效于单波长的光学传递函数按一定权重相加除以所有权重的和。
在考虑衍射效率时,将衍射效率作为权重乘在分子中,但是由于衍射效率下降导致成像质量的下降,所以在分母中不出现衍射效率。
该公式为 MT F PO L Y (s ,t )≌∑3i =1ωi ηiM T F (λi,s,t )∑3i =1ωi(4)其中:i 为1、2、3,分别代表8μm 、10μm 、12μm 波长的光线;ωi为入射光中单波长的相对权重系数;ηi 代表单色波长的衍射效率。
在设计波长为10μm ,则8μm 和12μm 的衍射效率分别为0.815和0.913。
以4.5°视场为例,调用ZEMAX 中3个波长的光学传递函数,按上式计算修正后的光学传递函数与ZEM 2AX 给出的光学传递函数进行比较,如图5示。
a 代表ZEMAX图5 衍射效率对光学传递函数的影响Fig.5 The influence of diffractive eff iciency on M TF给出的不考虑衍射效率的光学传递函数;b 代表修正后的光学传递函数;c 代表光学传递函数的实际检测值。