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    [原創(chuàng)]紅外鏡頭的主要類型及其設(shè)計(jì)方法 [復(fù)制鏈接]

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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2020-01-10
    1.1 常規(guī)的一次成像 c*",AZ>U  
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    鏡頭常規(guī)的一次成像鏡頭,比如F數(shù)為2,視場(chǎng)在3.5°~30°左右,焦距在25mm~200mm之間,設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,一般在不采用非球面和衍射面(即二元光學(xué)元件)的情況下,三片透鏡就能達(dá)到要求。 j-v/;7s/B  
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    如果探測(cè)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(chǎng)在3.5°~30°左右,焦距在25mm~200mm之間,設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,一般在不采用非球面和衍射面(即二元光學(xué)元件)的情況下,三片透鏡就能達(dá)到要求。一般非致冷型的紅外焦平面探測(cè)器可以采用這種結(jié)構(gòu)的鏡頭。因?yàn)槟壳胺侵吕湫偷募t外焦平面探測(cè)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(cè)器,比如用斯特林(Stirling)循環(huán)致冷機(jī)致冷的焦平面探測(cè)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(huì)給光學(xué)設(shè)計(jì)帶來一定難度。同時(shí),因?yàn)殓R頭的孔徑光闌位于整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)之后,鏡頭的徑向尺寸會(huì)大大增加。比如,焦距還是150mm,F(xiàn)數(shù)還是2,此時(shí)第一片透鏡的口徑就不是75mm左右了,可能會(huì)達(dá)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(dá)到要求。其設(shè)計(jì)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(zhǎng)波紅外波段,可采用Ge、AMTIR-1、Ge的組合?梢哉乙粋(gè)結(jié)構(gòu)相似的鏡頭數(shù)據(jù),或找一個(gè)專利,或在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件中找一個(gè)例子,設(shè)置好焦距的目標(biāo)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。 cFHSMRB|P  
    @B9#Hrc  
    1.2 大口徑長(zhǎng)焦距兩次成像鏡頭常規(guī)的一次成像鏡頭。 |#EI(W?`  
    xP &@|Ag  
    如果繼續(xù)增大口徑,加長(zhǎng)焦距,我們就會(huì)發(fā)現(xiàn),鏡頭的徑向尺寸會(huì)迅速增大到無法實(shí)現(xiàn)的地步。 比如,設(shè)計(jì)一個(gè)焦距350mm、F/2、2°視場(chǎng)的兩次成像鏡頭,可以選一個(gè)焦距50mmF/2、14°視場(chǎng)的以冷光闌為孔徑光闌的一次成像鏡頭,再加一個(gè)7倍望遠(yuǎn)系統(tǒng),望遠(yuǎn)系統(tǒng)的入射孔徑175mm,出射孔徑25mm;蛘哌x一個(gè)焦距25mm、F/2、28°視場(chǎng)的以冷光闌為孔徑光闌的一次成像鏡頭,再加一個(gè)14倍望遠(yuǎn)系統(tǒng),望遠(yuǎn)系統(tǒng)的入射孔徑175mm,出射孔徑12.5mm。最后把望遠(yuǎn)系統(tǒng)和成像鏡頭接在一起進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化時(shí)還是把冷光闌作為孔徑光闌,在Zemax的優(yōu)化程序中,用操作數(shù)ENPP把入瞳控制在系統(tǒng)的第一面上。采用這樣的方法,既可滿足冷光闌的匹配要求,又能夠控制透鏡的尺寸。當(dāng)然,代價(jià)是鏡頭的長(zhǎng)度較長(zhǎng),鏡片較多。 c3*9{Il^  
    -Fc 9mv(H  
    1.3 折反射式大口徑長(zhǎng)焦距兩次成像鏡頭 R)Dh;