| 小火龍果 |
2020-01-10 14:52 |
紅外鏡頭的主要類型及其設(shè)計(jì)方法
1.1 常規(guī)的一次成像 L * n K>
+
`? Rq44=
鏡頭常規(guī)的一次成像鏡頭，比如F數(shù)為2，視場在3.5°~30°左右，焦距在25mm~200mm之間，設(shè)計(jì)比較簡單，一般在不采用非球面和衍射面（即二元光學(xué)元件）的情況下，三片透鏡就能達(dá)到要求。 tYS4"Nfb+
k4TWfl^}9
如果探測器沒有冷光闌，那么可以把孔徑光闌放在第一片透鏡上，第一片透鏡也就是入瞳。第一片透鏡的口徑大概就等于系統(tǒng)的焦距除以F數(shù)。比如焦距為150mm，F(xiàn)數(shù)為2，那么第一片透鏡的口徑大概就是75mm左右。常規(guī)的一次成像鏡頭，比如F數(shù)為2，視場在3.5°~30°左右，焦距在25mm~200mm之間，設(shè)計(jì)比較簡單，一般在不采用非球面和衍射面（即二元光學(xué)元件）的情況下，三片透鏡就能達(dá)到要求。一般非致冷型的紅外焦平面探測器可以采用這種結(jié)構(gòu)的鏡頭。因?yàn)槟壳胺侵吕湫偷募t外焦平面探測器的性能還是比較差，所以可能要把F數(shù)做到1左右，以收集到足夠的能量，減小系統(tǒng)的噪聲等效溫差（NETD）。 如采用帶冷光闌的紅外焦平面探測器，比如用斯特林（Stirling）循環(huán)致冷機(jī)致冷的焦平面探測器，為了充分發(fā)揮冷光闌的效益，必須以該冷光闌為其孔徑光闌，這會給光學(xué)設(shè)計(jì)帶來一定難度。同時，因?yàn)殓R頭的孔徑光闌位于整個光學(xué)系統(tǒng)之后，鏡頭的徑向尺寸會大大增加。比如，焦距還是150mm，F(xiàn)數(shù)還是2，此時第一片透鏡的口徑就不是75mm左右了，可能會達(dá)到150mm。以冷光闌為孔徑光闌的紅外鏡頭，如果只采用球面透鏡，三片透鏡也能達(dá)到要求。其設(shè)計(jì)方法是，采用+、-、+結(jié)構(gòu)，在中波紅外波段，可采用Si、Ge、Si的組合，在長波紅外波段，可采用Ge、AMTIR-1、Ge的組合�？梢哉乙粋�結(jié)構(gòu)相似的鏡頭數(shù)據(jù)，或找一個專利，或在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件中找一個例子，設(shè)置好焦距的目標(biāo)值，用SYNOPSYS™、CODE V或Zemax軟件優(yōu)化，很快就可以得到滿意的結(jié)果。 Bf_$BCyGW
{h<D/:^v
1.2 大口徑長焦距兩次成像鏡頭常規(guī)的一次成像鏡頭。 3r\8v`^>
K|& f5w
如果繼續(xù)增大口徑，加長焦距，我們就會發(fā)現(xiàn)，鏡頭的徑向尺寸會迅速增大到無法實(shí)現(xiàn)的地步。 比如，設(shè)計(jì)一個焦距350mm、F/2、2°視場的兩次成像鏡頭，可以選一個焦距50mmF/2、14°視場的以冷光闌為孔徑光闌的一次成像鏡頭，再加一個7倍望遠(yuǎn)系統(tǒng)，望遠(yuǎn)系統(tǒng)的入射孔徑175mm，出射孔徑25mm�；蛘哌x一個焦距25mm、F/2、28°視場的以冷光闌為孔徑光闌的一次成像鏡頭，再加一個14倍望遠(yuǎn)系統(tǒng)，望遠(yuǎn)系統(tǒng)的入射孔徑175mm，出射孔徑12.5mm。最后把望遠(yuǎn)系統(tǒng)和成像鏡頭接在一起進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化時還是把冷光闌作為孔徑光闌，在Zemax的優(yōu)化程序中，用操作數(shù)ENPP把入瞳控制在系統(tǒng)的第一面上。采用這樣的方法，既可滿足冷光闌的匹配要求，又能夠控制透鏡的尺寸。當(dāng)然，代價是鏡頭的長度較長，鏡片較多。 gT+/nSrLV
Dn- gP
1.3 折反射式大口徑長焦距兩次成像鏡頭 D7Q+w
1v
| |