SYNOPSYS 光學設計軟件課程二十七：理解冷反射效應

夜視系統(tǒng)可以在完全黑暗中看到圖像。因為宇宙中的所有物質(zhì)都以光子的形式輻射能量，在理想黑體輻射的情況下遵循普朗克函數(shù)，或者近似該函數(shù)。由于您的皮膚接近20攝氏度，您可以根據(jù)光譜向?qū)�SpectrumWizard計算的下圖所示的曲線設置輻射。注意峰值約為10微米。（鍵入MSW以打開向?qū)А＃?/span> :_^YEm+A  

夜視系統(tǒng)通過將紅外光轉(zhuǎn)換為探測器能夠感知的輻射。常見的材料是HgCdTe，其具有如下所示的光譜靈敏度（該圖來自Wolfe和Zissis的The Infrared Handbook。精確的靈敏度范圍取決于成分的相對比例）。光源，環(huán)境和探測器都能在所需的光譜窗口內(nèi)正常工作。 |n~v_V2.0  

為了獲得高信噪比，必須確保光學器件，甚至探測器本身不會在相同波長下輻射不需要的光通量。 這是通過將檢測器冷卻到非常低的溫度（通常使用液氮）并在鏡片表面上使用高質(zhì)量的抗反射涂層來實現(xiàn)的。如果不采取這些步驟，情況類似于您通過望遠鏡觀察到的情況，其中鏡頭和外殼都是白熱的：很難看清您正在觀察的內(nèi)容。 g>Z1ZK0;M  
這就是所謂的“冷反射”效應，它在掃描紅外系統(tǒng)中顯示為圖像中心的黑色模糊斑： vuK 5DG4  

出現(xiàn)這種效果是因為在視場的中心，探測器可以看到自身的鬼像，從某處的透鏡表面反射而來。 這個影像很暗 - 因為探測器非常暗 - 因此探測器看到的總背景信號在中心處低于在視場的其他部分，其中鬼像被其他鏡片孔徑漸暈，掃描 離開視場，或者因為它不能形成清晰的圖像。 vXf#gX!Y  
為了說明這種效果并展示如何控制它，我們將使用SYNOPSYS™中的鏡頭。在CW中鍵入FETCH X12。打開X12.RLE文件 Vt&I[osC  

這是一個紅外系統(tǒng)，設計用于8到13微米的波段，使用AFOCAL模式，這意味著光線輸出是以角度給出的，最后兩個表面是平坦的，重合的虛擬面。這是程序?qū)⒐饩�高度轉(zhuǎn)換為角度的位置，它還標記掃描棱鏡或其他移動組件的位置，這些組件一次一個像素地對圖像進行采樣。要分析此鏡頭的冷反射屬性，請使用命令NAR。 NN$`n*;l  

NYI”列顯示數(shù)量φAoN的值，其中參數(shù)在下圖中定義。由此我們可以計算出探測器上反向反射彌散斑的近似大�。篩1 =2φAON /α，其中α是探測器會聚光束的半角，Y1是彌散斑處的光線高度。 在給定表面反射后的圖像。 6z(_^CY  
冷反射校正的原則是確保YNI的值永遠不會低于由掃描儀靈敏度和用戶接受度決定的給定值。一個較大的值意味著鬼像更不聚焦，因此強度更小。 :DZiDJ@  

根據(jù)上表，較差的冷反射來自表面8，其中值為0.0591。我們可以使用GHPLOT程序來視覺化。在CW中鍵入MGH，或?qū)Ш降組LI中的該對話框。輸入顯示的數(shù)據(jù)，然后單擊GHPLOT按鈕。 0r@rXwz  

選擇右側(cè)顯示的區(qū)域，然后在選擇矩形內(nèi)單擊以放大該部分。 zZy>XHR H  

光線從左邊進入，直到它到達表面13，即右邊的平面，我們在對話框中聲明了NAR表面。（它指定反射系數(shù)為1.0。）我們還有一個鬼像，從表面13回到表面8，再從那里到最后一個表面。那里的信號通量是準直的，我們假設任何返回那里并再次被準直的光將在探測器上顯示出清晰的聚焦。 在從表面13反射之后，光線以藍色顯示，并且在表面8處的第二次反射之后，它們以綠色繪制。 逆向反射光束有點離焦，因為你可以通過光線角度的變化直觀地看到 - 但不是很多。 ~q9RZ#g13J  
離焦是否足夠好？ ~C[,P\,  
要回答這個問題，我們需要知道艾里衍射斑的角度大小。在軸上要求進行PSPRD分析。轉(zhuǎn)到對話框MDI并單擊PSPRD按鈕。 H4pjtVBr  

請注意艾里斑半徑的值：0.00124。這是一個角度值，因為鏡頭被宣布為AFOCAL。我們知道，如果冷反射光束以等于或小于該值的角度返回，光束將處于清晰的焦點并導致非常令人反感的冷反射效應。 =];FojC6I