SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件課程二十七：理解冷反射效應(yīng)

夜視系統(tǒng)可以在完全黑暗中看到圖像。因?yàn)橛钪嬷械乃�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(jì)算的下圖所示的曲線設(shè)置輻射。注意峰值約為10微米。（鍵入MSW以打開向?qū)А＃?/span> lL%7lO
 

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。 28Q`O$=v  

為了獲得高信噪比，必須確保光學(xué)器件，甚至探測器本身不會(huì)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(shí)現(xiàn)的。如果不采取這些步驟，情況類似于您通過望遠(yuǎn)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。 {TUCa  
這就是所謂的“冷反射”效應(yīng)，它在掃描紅外系統(tǒng)中顯示為圖像中心的黑色模糊斑： v mw7H  

出現(xiàn)這種效果是因?yàn)樵谝晥龅闹行模�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(gè)影像很暗 - 因?yàn)樘綔y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?yàn)樗�不能形成清晰的圖像。 xAz gQ  
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 ^<sX^V+{  

這是一個(gè)紅外系統(tǒng)，設(shè)計(jì)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(gè)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(biāo)記掃描棱鏡或其他移動(dòng)組件的位置，這些組件一次一個(gè)像素地對圖像進(jìn)行采樣。要分析此鏡頭的冷反射屬性，請使用命令NAR。 ChGwG.-%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(jì)算出探測器上反向反射彌散斑的近似大小：Y1 =2φAON /α，其中α是探測器會(huì)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。 zM[WbB+"m  
冷反射校正的原則是確保YNI的值永遠(yuǎn)不會(huì)低于由掃描儀靈敏度和用戶接受度決定的給定值。一個(gè)較大的值意味著鬼像更不聚焦，因此強(qiáng)度更小。 v-OGY[|97  

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。
Wpj.G  

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。 KGK8;Q,O  

光線從左邊進(jìn)入，直到它到達(dá)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(gè)鬼像，從表面13回到表面8，再從那里到最后一個(gè)表面。那里的信號通量是準(zhǔn)直的，我們假設(shè)任何返回那里并再次被準(zhǔn)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(lán)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(diǎn)離焦，因?yàn)槟憧梢酝ㄟ^光線角度的變化直觀地看到 - 但不是很多。 G|Q}.v  
離焦是否足夠好？ 0@3g'TGl  
要回答這個(gè)問題，我們需要知道艾里衍射斑的角度大小。在軸上要求進(jìn)行PSPRD分析。轉(zhuǎn)到對話框MDI并單擊PSPRD按鈕。 g/VC$I!'  

請注意艾里斑半徑的值：0.00124。這是一個(gè)角度值，因?yàn)殓R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(diǎn)并導(dǎo)致非常令人反感的冷反射效應(yīng)。 lWnV{/q\X  
那么返回光束角的當(dāng)前值是多少？返回MGH對話框，這次運(yùn)行RGHOST功能，數(shù)據(jù)如下所示： & }k=V4L  

程序?yàn)槟鷦?chuàng)建并運(yùn)行RGHOST命令，當(dāng)您返回到曲面14時(shí)，您會(huì)看到光線的切線（HH）等于-0.0374。除以艾里斑半徑0.00124，你會(huì)發(fā)現(xiàn)表面8的冷反射彌散斑比艾里斑大30.2倍。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，這種差異是不夠的，這個(gè)鏡頭將在顯示器上顯示中度嚴(yán)重的冷反射。必須改正。 "fz-h  
同樣，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們已經(jīng)了解到，如果鏡頭以英寸為單位，YNI的最小值應(yīng)為約0.009，對于以毫米為單位的鏡頭，YNI的最小值應(yīng)為0.229。（即使鏡頭是AFOCAL并且光線輸出是以角度為單位 - 它與鏡頭單元無關(guān)，YNI的數(shù)量也有長度單位，因此與這些單位成比例。）所以讓我們糾正這個(gè)鏡頭，希望能有更好的 冷反射值。以下是PANT和AANT文件： `1pri
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    LOG vP&*(WfO)  
    STORE 9 f\/};a  
    CHG MY1 tYO  
    APS 1                    ! 把光闌放在1上 ?Vt$  
    12 YPT 0 "
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    CFREE q@Q|oB0W$)  
    END                         !在出口光瞳上保持程序的輸出 LnR3C:NO k  
     ^_2Ki  
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