基于作用距离的红外成像系统光学参数确定

作用距离是决定红外成像系统性能的重要指标,可直接影响红外成像光学系统的参数确定.基于作用距离的参数确定方法建立了探测器与作用距离、空间分辨率之间的关系,对光学系统的参数确定和性能评价具有重要作用.结合实例确定了红外成像系统光学的主要参数,采用非制冷凝视型长波红外探测器(工作波段为8mμ～12μm),在.特定的作用距离下,利用该方法确定的红外光学系统通光口径为90mm,F数值为1.     

激光/红外双模环形孔径导引头光学系统设计

为了实现激光/红外双模导引头成像系统的小型化,简化光学系统结构,设计了四次反射的双模共光路环形孔径超薄成像系统,研究了该系统的分光路设计原理,给出了遮拦比与视场角的关系,实现了仅有单一光学元件的长波红外7.7～9.5μm和激光1.064μm双模导引头成像系统。双模环形孔径系统在长波红外波段的焦距为70 mm、等效F数为1.3、全视场为8°、空间频率为41.7 lp/mm时各视场MTF值均大于0.136。双模环形孔径系统在激光波长的焦距为53.8 mm、等效F数为1、全视场为10°、全视场范围内的光斑分布均匀。在环境温度范围为-40～80℃时,长波红外波段各视场MTF值均大于0.13,激光波长的弥散斑形状和能量分布基本不变,实现了光学被动无热化。通过公差分析可知双模环形孔径系统具备可加工性。     

红外双波段谐衍射光学系统设计

为提高红外系统探测能力,满足探测器在红外中长波双波段同时成像的要求,提出一种基于谐衍射的光学系统设计.根据谐衍射透镜的特点,通过合理选择谐衍射波长和衍射级次,采用折射式共光路构型成功完成了中/长波双波段光学系统的设计.系统在3.7～4.8μm和7.7～9.5μm两个波段成像,F数为2,视场角10°.优化结果表明,成像质...     

红外双波段消热差系统设计

引入了光学材料双波段的平均规化热差系数 T,建立了在3～5μm和8～12μm两个波段上分离透镜消色差、消热差方程组。得到对该光学系统设计的材料选择具有指导作用的三维无热差图,并利用透视投影原理得到相应的投影无热差图。设计了视场4°、有效焦距61mm、F数为2.5、温度范围在-54～71℃、适用于3～5μm和8～12μm双波段的红外光学系统。该系统在3～5μm和8～12μm波段调制传递函数基本达到衍射极限,在空间频率为10lp/mm时,数值分别为0.87和0.68;当温度从-54℃变化到71℃时,数值波动不到0.01;轴向像差在-54～71℃温度范围内,最大值分别为45μm和93μm,都小于相应波段的系统焦深。因此,设计系统具有非常好的双波段消色差、消热差能力。     

双波段热成像系统光谱匹配因数

计算了双波段(3～5μm,8～14μm)HgCdTe红外探测器及热成像系统,在不同天气(晴、小雨、轻雾)条件下,对不同温度(T=300,500,800,1000K)目标辐射的光谱匹配因数。并与长波(8～14μm)热成像系统光匹配因数进行了对比。结果表明,双波段HgCdTe热成像系统,对室温、中温及高温目标均有较高的光谱匹配因数(α≥0.53)。这大大改进提高了单波段长波热像仪对中高温目标的光谱匹配因数,同时还大大提高了适应天气变化的能力。     

红外搜索跟踪系统中的双波段共孔径光学设计

由于红外搜索跟踪系统（IRST）探测距离长,伪装性良好和错误率低等特点,因此成为了空中及海上最好的探测装备。针对红外与搜索跟踪系统对多谱段的需求,设计了红外搜索跟踪双波段共孔径光学系统。具有优于单波段获取信息弱的优势,将中波红外图像和长波红外图像融合到一起,综合利用了中波红外和长波红外各自优点,提高了有效侦察率、降低虚警率。系统总焦距为400 mm,F#=2,视场角为2°,采用分光型RC系统实现3~5μm和8~12μm双波段共孔径清晰成像,为了抑制中波的热辐射杂光,对中波系统实现了二次成像。设计结果表明,系统像质优良,满足红外搜索跟踪系统的使用要求。     

双波段/双视场红外光学系统设计

研究了双波段/双视场红外光学系统的设计,设计了双波段/双视场红外光学系统,引入衍射光学实现双波段成像,采用移动单个透镜实现视场切换.结果表明,该系统可以实现焦距为37mm/100mm,工作波段为3.7～4.3μm/8 12μm的双波段/双视场光学系统,F数为1.2,在空间频率201p/mm处的光学传递函数值＞0.5.应用结果表明,该系统结构简单,像质好.     

中/长波双色二类超晶格红外探测器技术

双波段红外探测器是第三代焦平面探测器发展的重要方向之一,二类超晶格材料由于其优异的光电性能而成为制备双色红外探测器的优选材料之一。本文报道中长波双色二类超晶格器件结构设计、材料外延、读出电路设计、芯片加工、组件化等方面研究进展,通过对刻蚀以及钝化工艺进行了优化,制备出性能良好的640×512中长双色二类超晶格红外探测器,主要指标实现像元中心间距20μm,读出方式同时读出,中波波段3.5～4.8μm,长波波段7.5～9.5μm,噪声等效温差中波28.8mK、长波38.8mK,响应率非均匀性中波4.52%、长波7.89%;盲元率中波1.2%、长波1.3%,并完成成像演示,成像质量良好,为双色红外探测器工程化应用奠定了基础。     

折反式周视红外成像系统光学设计

为增大周视成像系统视场的同时有效降低红外光学系统的复杂度,采用折反式光学结构,通过反射镜及透镜光焦度的合理分配,引入衍射面。分别设计了视场为360°×（-40°～50°）的折反式一次成像非制冷红外周视成像光学系统及视场为360°×（-30°～50°）的折反式二次成像光学系统。其工作波段为8～12 μm,光学系统F数为1.2。该系统可实现360°全方位和一定俯仰角度范围内凝视成像。设计结果表明,该系统的结构简单紧凑,后截距大,成像良好,在空间频率20 1p/mm处的调制传递函数(Modulated Transfer Function, MTF)值大于0.4,能满足应用需求。     

二次成像中波红外折射衍射光学系统设计

中波红外(3～5 μm)在航天遥感中有着重要的应用.由于背景辐射的影响,中波红外光学系统一般要求达到100%冷光阑效率.在航天应用中由于系统轻量化的要求,同时要求光学系统的设计尽可能简化.光学技术的发展,使得光学设计可以利用非球面,二元光学衍射面等,获得更多的自由度,对成像光学系统的像差进行有效的校正.利用三个光学元件,设计出波段范围3～5 μm,口径200 mm,F/2.5的二次成像光学系统.系统由主光学卡塞格林系统加中继系统组成.中继系统由一片硫化锌透镜组成,成像质量达到衍射极限.     

被动式红外探测器多波段成像的仿真

根据红外成像原理,建立基于Vega的红外仿真系统模型,包括红外场景、红外探测器及大气传输三个模块.首先分析各模块实现原理及方法,研究在不同波段内被动式红外探测器成像的差别.然后介绍Vega平台上红外仿真的设计方法及程序流程图,并实现仿真模型的建立.最后分别得到3～5μM和8～μm波段内红外地面场景的仿真图,并分析不同波段内场景辐射量、大气衰减量及探测器各参数设置对仿真模型中得到的图像亮度的关系.结果表明:被动式红外探测器探测到的辐射量主要由场景自身的温度决定,但是相同条件下在8～μm岬波段内到达探测器的场景辐射量大于在3～5μm波段内到达探测器的场景辐射量.     

新型硫系玻璃在低成本热成像系统设计中的应用

随着非制冷红外探测器价格的不断下降,昂贵的红外光学元件成为限制非制冷红外成像系统成本的重要因素.新型硫系玻璃在3～5μm和8～14μm的大气窗口有着良好的透射性,同时具有价格低、可模压成型、折射率温度系数小等特点,较为适合非制冷红外成像系统.对常用红外材料和新型硫系玻璃的各方面特性进行比较,总结了新型硫系玻璃的优点,并使用新型硫系玻璃分别对两种温度范围的光学系统进行了设计,详细阐述了该材料在低成本热成像系统设计中的使用方法.结果表明:新型硫系玻璃既能满足光学性能,又在一定程度上解决了高成本的问题,可应用于批量生产的红外光学系统之中.     

红外8～12μm 波段折射衍射光学系统的无热化设计

分析了衍射光学元件在红外折射/衍射混合光学系统中的消热差特性,设计了在红外8μm～12μm 波段的红外折射/衍射混合无热化光学系统并进行了分析。设计结果表明,该系统在-40℃～60℃温度范围内不仅得到接近衍射极限的成像质量,而且具有结构简单,体积小,重量轻的特点。     

红外7.5～10.5μm波段折射/衍射光学系统的消热差设计

分析了衍射光学元件在红外折射/衍射混合光学系统中的消热差特性,设计了在红外7.5μm～10.5μm波段的红外折射/衍射混合消热差光学系统并进行了分析.设计结果表明,该系统在-40℃～60℃温度范围内不仅得到接近衍射极限的成像质量,而且具有结构简单,体积小,重量轻的特点.     

激光对红外成像制导跟踪系统的干扰技术研究

激光武器作为一种新型的光电对抗武器越来越受到人们的重视,但作为红外波段的干扰武器,目前研究甚少.本文以红外成像制导武器跟踪系统及其核心部件硅CCD为研究对象,对制导原理进行了概括,提出了激光干扰红外成像制导系统的三种途径.实验室以发射波长为10.6μm激光器作为干扰源对红外成像探测器及跟踪系统进行了干扰试验,给出了干扰效果图,并对影响干扰效果的因素进行了分析.     

对中波与长波红外焦平面热成像的一些探讨

从对3－5μm和8－14μm两个红外波段的大气传输特性、背景限NETD值计算、整机系统及应用等方面的分析比较入手，对这两个波段凝视热成像技术进行一些讨论，以说明3－5μm焦平面热像仪在第三代热成像技术发展中的重要地位。     

便携式红外目标模拟器系统设计

为了满足光电探测设备对不同温度环境下多波段的目标模拟需求,设计了一种便携式红外目标模拟器,选用可切换的黑体光源来进行照明,实现3～5μm和8～14μm的中波红外和长波红外的辐射特性。作为准直系统的平行光管口径为110 mm,考虑到中心遮挡问题,采用离轴反射式光学结构。在装调时利用该结构对300 mm口径的参考平面镜进行测量,测试结果 PV值为0.356λ(λ=632.8 nm),RMS值为0.047λ。采用MSC. Patran进行建模,利用有限元分析方法完成了系统的光机热分析,在-10～50℃工作环境下,由温度变化引起的主次镜面形变化为纳米级别,对中红外波段可实现实时稳定成像,为光电探测设备提供宽波段的多种直接模拟目标。     

大相对孔径制冷型红外相机镜头的光学设计

介绍了一种大相对孔径红外成像镜头的设计。该镜头针对制冷型红外探测器,采用二次成像设计,保证100%冷光阑效率。在8~10μm波段,实现相对孔径(F数)为1.5、视场角2ω为18.6°的设计,其成像质量优良,传函接近衍射极限,在常规加工装调公差下易于保证应用质量。     

红外成像寻的用双色凝视焦平面探测器设计的基本要求

文中讨论了红外成像寻的器用红外焦平面探测器的工作波段、阵列结构、规模、相对孔径等问题,提出双色凝视红外焦平面探测器设计的基本要求: (1)波长组合以相邻波段为宜;(2)双色FPA以叠层结构的凝视型为宜; ( 3)通过限制红外成像传感器的视场,将双色凝视FPA的规模控制在320 ×256以下为宜; (4)在探测元尺寸50μm ×50μm时,中波/长波双色凝视FPA的F数以1～2. 44为宜。     

非致冷长波红外高光谱成像

8μm～14μm波段的高光谱成像无论对于军用遥感还是对于民用遥感都是很重要的．长波红外高光谱成像的昼夜观察能力加上它探测伪装目标、地雷和化学气体的能力,已使它成为了一种很有吸引力的军用侦察手段．此外,长波高光谱成像技术的化学分析能力还可以对可见光、近红外和短波红外高光谱方法进行补充。然而,长波高光谱成像技术所用的光子焦平面体积大、成本高,这就限制了它在许多平台上的使用。