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小火龍果

2020-01-10 14:52

紅外鏡頭的主要類型及其設計方法

1.1 常規(guī)的一次成像

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，設計比較簡單，一般在不采用非球面和衍射面（即二元光學元件）的情況下，三片透鏡就能達到要求。

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，設計比較簡單，一般在不采用非球面和衍射面（即二元光學元件）的情況下，三片透鏡就能達到要求。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。因為目前非致冷型的紅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，這會給光學設計帶來一定難度。同時，因為鏡頭的孔徑光闌位于整個光學系統(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，三片透鏡也能達到要求。其設計方法是，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。可以找一個結(jié)構(gòu)相似的鏡頭數(shù)據(jù)，或找一個專利，或在光學設計軟件中找一個例子，設置好焦距的目標值，用SYNOPSYS™、CODE V或Zemax軟件優(yōu)化，很快就可以得到滿意的結(jié)果。

1.2 大口徑長焦距兩次成像鏡頭常規(guī)的一次成像鏡頭。