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紅外光學(xué)系統(tǒng)是指工作于紅外光譜區(qū)的光學(xué)系統(tǒng)。紅外光學(xué)系統(tǒng)包括接收目標(biāo)自輻射或反射紅外信息的光學(xué)系統(tǒng)和發(fā)射紅外信息的光學(xué)系統(tǒng)。
紅外光學(xué)系統(tǒng)按其應(yīng)用原理大致分為4類：
探測目標(biāo)方位和距離的紅外光學(xué)系統(tǒng)、如紅外測距儀、紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)、紅外導(dǎo)引頭等。
探測目標(biāo)溫差分布的紅外光學(xué)系統(tǒng)，如熱像儀。
探測目標(biāo)輻射通量和反射通量的紅外光學(xué)系統(tǒng)，如熱輻射計。
發(fā)射紅外輻射的紅外光學(xué)系統(tǒng)，如紅外平行光管，CO2激光定向能系統(tǒng)等。
由于紅外光譜的不可見性，前3類紅外光學(xué)系統(tǒng)必須與紅外探測器結(jié)合，才能得到應(yīng)用。紅外光學(xué)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和空間技術(shù)等領(lǐng)域，并將隨著紅外探測器、紅外光學(xué)材料、系統(tǒng)設(shè)計、微型制冷器和電子技術(shù)的發(fā)展，得到更加廣泛的應(yīng)用。
紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的原則
1，在設(shè)計紅外光學(xué)系統(tǒng)時，紅外輻射能量是設(shè)計者比較關(guān)心，也是整個系統(tǒng)關(guān)鍵的因素。
2，目前對于減小紅外光能損失的思路主要有兩個方面。
首先，紅外成像系統(tǒng)利用感光面陣接收外界的紅外輻射能量，再通過讀出電路將電路中的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在信號轉(zhuǎn)化過程中會有大量能量損失，因此我們需要盡量的簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來提高能量的轉(zhuǎn)化率。
其次，紅外光線在通過整個系統(tǒng)的光學(xué)鏡頭時，紅外輻射能量會被晶體材料吸收導(dǎo)致整體紅外光透過率低。目前有效的解決辦法是在鏡面表面鍍一些增透膜，以此來提高紅外光的透過率。
3，為了盡可能的接收到來自目標(biāo)物的紅外輻射，需要在鏡片尺寸以及加工精度的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大光學(xué)系統(tǒng)的接收口徑和紅外探測器感光面的尺寸，以此來提高系統(tǒng)的靈敏度。
4，在設(shè)計中我們需要著重考慮系統(tǒng)各個部分之間的匹配問題，其中主要是光學(xué)系統(tǒng)與探測器之間的匹配以及探測器與讀出電路之間的匹配問題。光學(xué)系統(tǒng)與探測器之間要考慮系統(tǒng)空間分辨率、孔徑大小等條件，其中制冷型的探測器還需要分析冷光闌的設(shè)計位置，以此達(dá)到冷光闌100%的效率。另外制冷型的探測器需要使用制冷機進(jìn)行降溫于此同時會引入大量的外界噪聲，因此紅外光學(xué)系統(tǒng)需要盡可能的提高抑制噪聲的能力，提高系統(tǒng)的信噪比。
5，在設(shè)計系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)構(gòu)造時應(yīng)該充分合理的利用整個感光面的面積，盡量使光斑在感光面上均勻成像，從各個方面提高系統(tǒng)的利用率。
6，紅外光學(xué)成像中熱差是影響系統(tǒng)成像的一個關(guān)鍵因素，在設(shè)計中須重點考慮。其中當(dāng)探測器工作溫度發(fā)生變化時，透射式結(jié)構(gòu)中的鏡面的晶體材料折射率以及形狀會發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致系統(tǒng)的較好成像像面發(fā)生嚴(yán)重漂移。因此須要消除熱差對系統(tǒng)成像的影響，保證系統(tǒng)在指定溫度范圍內(nèi)正常工作運行。
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