紅外光學(xué)系統(tǒng)是指接收或發(fā)射紅外光波的光學(xué)系統(tǒng)届搁。作為光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)類別，紅外光學(xué)系統(tǒng)在光能的傳遞模燥、成像和接收等光學(xué)概念上并沒有本質(zhì)的區(qū)別咖祭。但由于工作在紅外波段，一般以光電探測器件作為光能的接收元件蔫骂，因此與一般光學(xué)系統(tǒng)相比，也有其自身的一些特點(diǎn)牺汤。對紅外光學(xué)系統(tǒng)可以有不同的分類方式：按其工作原理來分辽旋，可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類，前者以自帶的紅外光源照明目標(biāo)檐迟，系統(tǒng)接收目標(biāo)反射的紅外光补胚，后者則直接探測目標(biāo)的紅外輻射。按其工作方式來分追迟，可分為掃描系統(tǒng)和凝視系統(tǒng)溶其。上次我們簡要介紹了下紅外光學(xué)系統(tǒng)，這次我們來介紹下紅外光學(xué)系統(tǒng)的工作方式以及與普通光學(xué)系統(tǒng)相比所具有的特點(diǎn)敦间。
紅外光學(xué)系統(tǒng)（二）
紅外光學(xué)系統(tǒng)是指接收或發(fā)射紅外光波的光學(xué)系統(tǒng)廓块。作為光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)類別厢绝，紅外光學(xué)系統(tǒng)在光能的傳遞、成像和接收等光學(xué)概念上并沒有本質(zhì)的區(qū)別带猴。但由于工作在紅外波段昔汉，一般以光電探測器件作為光能的接收元件，因此與一般光學(xué)系統(tǒng)相比拴清，也有其自身的一些特點(diǎn)靶病。上次我們簡要介紹了下紅外光學(xué)系統(tǒng)会通，這次我們來介紹下紅外光學(xué)系統(tǒng)的工作方式以及與普通光學(xué)系統(tǒng)相比所具有的特點(diǎn)。
紅外光學(xué)系統(tǒng)的工作方式與探測器的發(fā)展緊密相關(guān)娄周。早期紅外探測系統(tǒng)通常采用光機(jī)掃描的方法渴语，使小型探測器相對于目標(biāo)順序掃描整個(gè)視場。這種工作方式又分為串行掃描與并行掃描(推帚式掃描)兩種昆咽，如下圖所示驾凶。前者是由小型探測器首先掃描視場上方的一個(gè)窄條帶，從左掃至右掷酗，然后下移至第二排窄條帶调违，重復(fù)掃描過程，直至記錄目標(biāo)的整個(gè)幅面泻轰。事實(shí)上應(yīng)當(dāng)是探測器靜止不動(dòng)技肩，而是被探測的圖像掃過探測器。因此串行掃描要求有正交方向的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)浮声，這就要求系統(tǒng)中有兩個(gè)獨(dú)立掃描的反射鏡虚婿。也可以用一塊具有復(fù)合運(yùn)動(dòng)功能的反射鏡。推帚式掃描是一種并行掃描方式泳挥，它以一維探測器陣列按“推式掃骨”方式掃描物空間然痊。相對于串行掃描方式，并行掃描探測器要復(fù)雜一些屉符，像元數(shù)量比較多剧浸，但相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)要簡化得多。
如果系統(tǒng)在所要求覆蓋的空間范圍內(nèi)矗钟，對目標(biāo)成像于充滿光學(xué)系統(tǒng)焦平面的紅外探測器唆香，則稱為凝視紅外成像系統(tǒng)。顯然吨艇，這種系統(tǒng)取消了光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)躬它，減小了體積和重量，使結(jié)構(gòu)更加緊湊东涡，而且探測器單元有較長的積分時(shí)間冯吓，因而有更高的靈敏度。凝視紅外成像系統(tǒng)的應(yīng)用是紅外成像技術(shù)發(fā)展到高級(jí)階段的一種標(biāo)志软啼。
紅外焦平面陣列探測器是利用半導(dǎo)體材料制成的光伏元件或光導(dǎo)元件桑谍。光導(dǎo)元件是利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)隨光照的變化，把光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)祸挪。光優(yōu)元件是一種結(jié)型光電器件锣披，它利用光生伏特效應(yīng)把光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。金屬一半導(dǎo)體形成的肖特基勢壘層也能產(chǎn)生光伏效應(yīng)。
紅外光學(xué)系統(tǒng)與普通光學(xué)系統(tǒng)相比雹仿，具有以下不同的特點(diǎn)：
首先增热，紅外輻射波段位于不可見區(qū)，而普通光學(xué)玻璃對2.5u 以上的光波不透明胧辽，因此在材料的選擇上自由度很小峻仇。在設(shè)計(jì)時(shí)除了要選擇透紅外波段的材料，還必須考慮材料的機(jī)械能邑商、應(yīng)滿足的尺寸等摄咆，這就使透鏡系統(tǒng)在紅外光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用受到一定的限制，而反射式和折反射式光學(xué)系統(tǒng)占有較大的比例人断。同時(shí)吭从，光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，以減少能量的損失恶迈。
其次涩金，紅外光學(xué)系統(tǒng)的接收器不是人眼或膠片，而是光電探測器暇仲。因此步做，光學(xué)系統(tǒng)的性能以它和探測器匹配的靈敏度、信噪比為主要評價(jià)依據(jù)奈附，而不是單純考慮光學(xué)系統(tǒng)的分辦率全度。
第三，由于紅外輻射波長較長,相應(yīng)的衍射極限較低桅狠。早期的紅外探測器分辨率低讼载，對光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)要求也相應(yīng)較低。但隨著紅外探測器分辨率的提高中跌，對光學(xué)系統(tǒng)的要求也越來越高，而要得到較高的分辨率必須要有大的相對孔徑菇篡。對于光機(jī)掃描結(jié)構(gòu)漩符，光學(xué)系統(tǒng)的視場較小，屬于大孔徑小視場系統(tǒng)驱还，但要考慮對像面彎曲或畸變的特殊要求嗜暴。對于凝視成像系統(tǒng)，由于探測器像元數(shù)比掃描型要多得多议蟆，相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)視場也必須與此匹配,并且要充分發(fā)揮探測器的效能闷沥。
第四,由于中波紅外和長波紅外是絕大多數(shù)熱能存在的區(qū)域，所以紅外光學(xué)系統(tǒng)的熱效應(yīng)也是一個(gè)需要考慮的問題咐容。由于紅外探測器敏感于熱能舆逃，任何能夠到達(dá)探測器的熱輻射都會(huì)降低系統(tǒng)的靈敏度，甚至造成圖像異常。某些紅外探測器必須在深冷的條件下工作路狮，需要封裝在杜瓦瓶中虫啥，這時(shí)需要考慮光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌與杜瓦瓶冷闌的匹配問題。同時(shí),光學(xué)元件的折射率會(huì)隨溫度變化奄妨，并且光學(xué)涂籽、機(jī)械元件都會(huì)由于熱膨脹而產(chǎn)生變形，由此而導(dǎo)致的像差稱為熱差砸抛。因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要對此進(jìn)行分析评雌，必要時(shí)還需要采用消熱差的設(shè)計(jì)方法。
相關(guān)文獻(xiàn)：
《幾何光學(xué) 像差 光學(xué)設(shè)計(jì)》（第三版）——李曉彤 岑兆豐
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