第十一章 红外光学系统（副本）.pdf

光学系统 1 概述  作用：就是接收辐射能量，并把它传送给探测器。  特点： 1. 多采用反射式和折反式系统 光学玻璃的透光特性及机械性能，限制了透镜系统在红外 光学系统中的应用。 2. 性能评定是以与探测器匹配的灵敏度、信噪比为主 红外系统属光电子系统，接收器是光电器件，分辨率受到 光电器件尺寸的限制，对光学系统的要求有所降低。 3. 视场小，孔径大 探测器接收面积较小、反射系统没有色差、系统对象质要 求不高。 4. 采用扫描器 当探测器阵列为线列时，为实现对空间目标的扫描成像， 常采用扫描器。 5. 波长的特殊性使得系统的重量重、成本高 常用红外波段的波长约为可见光的5～20 倍，要得到高分 辨率的系统，必须有大的孔径。  设计光学系统时应遵循的原则： 1. 光学系统与目标、大气窗口、探测器之间的光谱匹配。 2. 接收口径、相对孔径尽可能大，以保证系统有高的灵敏度。 3. 系统应对噪声有较强的抑制能力。 4. 系统的形式和组成应有利于发挥探测器的效能。 5. 系统和组成元件力求简单，减少能量损失。 6. 根据不同要求，选择合适的元件组成所需的系统。 2 光学系统的主要参数 2.1 光阑、入瞳  在光学系统中起拦光作用的透镜和屏孔统称为光阑。 孔径光阑：决定最小入射光束截面积的光阑，如透镜的边框 MN 和特加的圆孔光阑 I。 视场光阑：限制物空间的被成像范围，如光阑II。  入射光瞳：通过光学系统的光束的最大孔径角，描述目标辐 射能量有多少为光学系统接收。 AB 是系统的孔径光阑。从F 点来看，AB 的大小相当于以孔径 ， ， 光阑为物，通过透镜 L 在物空间所成的像 A B ，这个像的边 缘对物点 F 所作的张角，就是通过光学系统的光束的最大孔 ， ， 径角。光阑AB 的像A B 就称为系统的入射光瞳。 2.2 相对孔径、F/数 1、焦距 ，  F 点为像方焦点，F 点为物方焦点； ，  过F 点且垂直于光轴的平面称为像方焦面； ，  H 为象方主点，H 为物方主点；  象方主点与像方焦点之间的距离称为后焦距f，一般称焦距。 2、相对孔径  入瞳直径 与焦距 之比，即 。 D0 f D0 f 像面上的辐照度与光学系统的相对孔径的平方成正比，要增 加像面的辐照度，必须增加相对孔径。 3、F/数 f D F  相对孔径的倒数 ，读为 数 （也就是相机的光圈数）。 0 F ／8 表示系统的焦距为入瞳直径的8 倍。  相对孔径或F/数是衡量光学系统聚光能力的一个参数。 像面上的辐照度为   2 E L (D / f ) 0 0 4 4、F/数与数值孔径