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紅外光學(xué)系統(tǒng)(一)

發(fā)布時間:2022-11-24 09:19:15 瀏覽量:4105 作者:Joe

摘要

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)提茁。作為光學(xué)系統(tǒng)的一個類別淹禾,紅外光學(xué)系統(tǒng)在光能的傳遞茴扁、成像和接收等光學(xué)概念上并沒有本質(zhì)的區(qū)別铃岔。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毁习,因此與一般光學(xué)系統(tǒng)相比,也有其自身的一些特點卖丸。對紅外光學(xué)系統(tǒng)可以有不同的分類方式:按其工作原理來分纺且,可分為主動式和被動式兩類,前者以自帶的紅外光源照明目標稍浆,系統(tǒng)接收目標反射的紅外光载碌,后者則直接探測目標的紅外輻射。按其工作方式來分嫁艇,可分為掃描系統(tǒng)和凝視系統(tǒng)朗伶。

正文


紅外光學(xué)系統(tǒng)(一)


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)雕蔽。作為光學(xué)系統(tǒng)的一個類別糜芳,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)別匾荆。但由于工作在紅外波段静袖,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)相比队橙,也有其自身的一些特點坠陈。


任何高于絕對零度的物體都會發(fā)出紅外輻射,在環(huán)境溫度下捐康,絕大部分紅外輻射發(fā)生于3u以上的光譜區(qū)域仇矾。然而并不是所有波段的紅外輻射都具有很好的大氣透過率。研究表明解总,紅外光在大氣中透過率比較高的波段有:近紅外區(qū)城(低于2.4u 的一些波段)、中波紅外(波長約為3~5u)花枫、長波紅外(波長約為 8~14u)刻盐。通常人們將這種在大氣中衰減較小的波段稱為大氣窗口。對于近紅外區(qū)域劳翰,由于絕大多數(shù)光學(xué)玻璃可以透過遠至2.5u的紅外光敦锌,因此在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計上所考慮的問題與可見光光學(xué)系統(tǒng)相比并無實質(zhì)性的差異。而后兩個區(qū)域是絕大多數(shù)熱能存在的區(qū)域佳簸,也是大多數(shù)紅外光學(xué)系統(tǒng)的工作波段乙墙,此時光學(xué)設(shè)計將與可見光系統(tǒng)有很大的差異生均。


對紅外光學(xué)系統(tǒng)可以有不同的分類方式:按其工作原理來分听想,可分為主動式和被動式兩類,前者以自帶的紅外光源照明目標马胧,系統(tǒng)接收目標反射的紅外光,后者則直接探測目標的紅外輻射佩脊。按其工作方式來分蛙粘,可分為掃描系統(tǒng)和凝視系統(tǒng)朽色。


下圖是一種主動紅外夜視系統(tǒng),



它由紅外光源和紅外成像系統(tǒng)組成组题。紅外光源發(fā)射近紅外,起照明目標的作用抱冷,紅外成像系統(tǒng)的作用是接收目標反射的紅外光,得到目標的像旺遮,并將其轉(zhuǎn)換為人眼可以觀察的像赵讯。紅外成像系統(tǒng)主要由紅外物鏡、紅外變像管目鏡組成耿眉。由目標反射的紅外光通過物鏡會聚于變像管前端的光電陰極上边翼,光電陰極接受光照后會激發(fā)出光電子。光電子的多少隨入射光的強弱而不同鸣剪,從而使光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電子圖像。光電子在高壓電場的作用下筐骇,在變像管的真空腔中被加速债鸡,最后移動到其后端,并轟擊熒光屏铛纬,再激發(fā)出光子厌均,即可實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換。于是告唆,熒光屏上的目標圖像可以通過目鏡被人眼所觀察∏苄可見模她,在這種光學(xué)系統(tǒng)中,應(yīng)當使光電陰極對不同的視場接受的光照比較均勻茄螃,所以成像物鏡應(yīng)盡量設(shè)計成像方遠心光學(xué)系統(tǒng)缝驳。對于目鏡來說,熒光屏可以看成是自身發(fā)光的圖像归苍,孔徑光闌只要與眼瞳匹配即可用狱。


被動式紅外系統(tǒng)本身不帶有紅外光源拼弃,而是直接探測目標發(fā)出的紅外輻射夏伊。凡是絕對零度以上的物體都會發(fā)出紅外線,但由于不同的物體之間吻氧、物體的不同部位咏连、以及物體與環(huán)境之間溫度不同,發(fā)射的紅外線的波長和強度也就各不相同鲁森。溫度較低的物體發(fā)出的紅外線主要分布于遠紅外區(qū)祟滴,而溫度較高的熱源如發(fā)動機等發(fā)出的紅外輻射波長在中紅外區(qū),輻射強度也相當高歌溉。利用這些輻射特性的差別垄懂,并通過對紅外光進行光電、電光轉(zhuǎn)換草慧,可以得到人眼可視的圖像。因此匙头,這種圖像反映的是目標的輻射溫度分布漫谷。


相關(guān)文獻:
《幾何光學(xué) 像差 光學(xué)設(shè)計》(第三版)——李曉彤 岑兆豐


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