红外光学系统设计

2007-6-19
锗材料
因其高折射率在长波红外光学设计中被广泛 的应用.Ge材料在波长2.06微米折射率为 4.1;在波长10微米折射率为4. 透过率曲线
2007-6-19
硅材料
其长波范围透过率不高,主要应用在中波和锗 材料搭配使用.Silicon材料在1.4微米折射
率为3.49;4微米折射率为3.43. 透过率曲线
2007-6-19
Binary
2007-6-19
红外光学系统设计举例
1.望远镜头 望远镜头视场比较小, 一般矫正边缘球差,轴 向色差,边缘孔径的正 弦差. 给NEC-三荣公司设计 的Th9100望远镜头.
2007-6-19
红外光学系统设计举例
2007-6-19
红外光学系统设计举例
Lens #1
透射式
2007-6-19
红外光学系统的分类
反射式
2007-6-19
红外光学系统的分类
混合式
2007-6-19
红外光学系统的设计方法
红外光学系统的设计方法和可见光类似,设 计中主要应用几何光学理论构建模型,对各 个镜片分配光焦度,应用像差理论矫正像差 以达到设计指标的要求.红外材料的高折射 率和较低的色散使在设计红外光学系统时应 用较少的镜片就能很好的矫正像差.但是红 外材料价格昂贵,为了减少材料的使用,设 计时常采用非球面,以减少镜片的使用.
透过率曲线
2007-6-19
AMTIR材料
AMTIR-1在国外应用比较广泛.它是Ge-As-Se的混合材料, 1um波长折射率为2.6055,10um波长折射率为2.4977.从透 过率曲线图看AMTIR-1材料对中波红外和长波红外有很高的透过 率,并且均匀性好.
2007-6-19
红外光学系统的分类
Binary
二元面的负热差特性
2007-6-19
Binary
应用二元面设计的红 外光学系统,这个光学 系统是为FLIR设计.
Focal length 367mm
F/#
1.6
Field of view
2.5°×2°
FPA
640×512 (25μm)
Transmission
7.5μm ~ 15.5μm
2007-6-19
红外光学系统设计举例
2007-6-19
谢谢!
2007-6-19
�
2007-6-19
Binary
二元光学最早由MIT的林肯实验室于1989 年提出. 以二阶或多台阶的表面微位相结构来实现光 的变换,以衍射光学方式成像.
2007-6-19
Binary
二元光学相位原理
2007-6-19
Binary
二元元件的负色散特性
2007-6-19
Binary
2007-6-19
红外光学系统设计
孙浩 50601004
Email:Supsh@yahoo.com.cn MSN: sunhao_hbu@hotmail.com
wk.baidu.com
2007-6-19
一.简介:
红外光学系统的基本功能是接收和聚集目标所发 出的红外辐射并传递到探测器产生电信号.红外 光学系统与普通(可见光)系统设计区别主要在 应用的光学材料上. 红外光学系统设计应满足如下要求: 1.小的尺度,由整机尺寸要求确定; 2.具有尽可能达的相对孔径; 3.有确定的视场角; 4.所选波段内有最小的辐射能损失; 5.在各种气象条件下或在振动和抖动条件下具有 稳定的光学性能.
显微光学系统 显微光学系统在红外 中用的比较少.显微设 计中因为像比物大,直 接导致入射到单位像 元的能量降低,而红外 探测器灵敏度不高,所 以需要较大的NA来达 到响应需要.
2007-6-19
红外光学系统设计举例
非制冷探测器和制冷探测器设计区别. 在长波红外探测器中应用最为广泛的是美国和法国生产的非制 冷探测器,这种探测器价格相对较低,但噪声等效温差大,适合民 用.这种探测器需要较高的入射能量,一般设计F/#不小于1.2. 较小的F/#导致系统的前口径很大.首先大尺寸的材料制备困难, 其次大口径的镜片受到重力的影响会产生变形,导致成像不清晰. 对于更高要求的军用不适用.制冷探测器的NETD值小,一般可以 接受F/2~F/4的光圈范围,能够设计较长焦距的镜头.目前军用 较高要求的镜头都采用制冷探测器. 为了减小器件和镜筒内热辐射的影响,在探测器内部设置有冷光 栏,设计时一般要求100%冷光栏效应,也就是说使用冷屏做光 栏.在设计中会导致入瞳不在头片位置,头片的尺寸会非常大,为 此设计中都会设置中继系统以减小头片物镜的尺寸.
2007-6-19
硒化锌材料
硒化锌是淡黄色透明晶体,在部分可见光波段和红外波段具有很 好的透过率,适合做成像透镜,目前国产的Znse材料性能不好, 国外材料造价太高并未能大规模的应用,只在长波校正色差用.
透过率曲线
2007-6-19
硫化锌材料
硫化锌分为热压硫化锌和气相沉积(CVD) 硫化锌两种.热压硫化锌主要用作导引头前 的整流罩,CVD硫化锌多用作透镜设计.
2007-6-19
二.红外光学设计中常用的材料
中波3~5微米和8~14微米是大气传输的两个 窗口,现有的红外探测器主要接收这两个波段 的红外辐射,普通的光学玻璃在这两波段不能 适用,目前国内红外光学设计最常用的红外材 料是锗(Germanium),硅(Silicon),硒 化锌(Znse),硫化锌(Zns),国外还有新型 的红外材料AMTIR(AMTIR1-6).
2007-6-19
Even Asphere
上述公式是非球面解的二次项展开,为近似 结果.
2007-6-19
Binary
在国外二元衍射面被广泛的应用于红外光学 系统中.红外光学材料比较单一,一些材料 不能做到很大的口径而且造价昂贵,二元面 具有负色散特性,能很好的矫正色差,另外 红外材料的折射率对温度比较敏感,随着温 度的变化光学系统会产生离焦,而红外光学 系统又多用于军用,要求能适应大范围的温 度变化,二元面有负热差特性,使有消热差 要求的光学系统大大简化.
Lens #2
TH91-382 (Telephoto Lens)
TH9100 Standard Lens
2007-6-19
红外光学系统设计举例
广角光学系统 广角光学系统需要矫 正七种像差.值得注意 的是在矫正畸变后因 出射角度比较大,会导 致大视场能量下降很 快.
2007-6-19
红外光学系统设计举例