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文章编号 10042924X (2002)0420329204长波红外广角地平仪镜头的光学设计沈为民,薛鸣球,余建军(苏州大学现代光学技术研究所,江苏苏州215006)摘要:介绍适用于非致冷凝视式焦平面阵列的长波红外(L WIR )广角地平仪镜头的光学设计。
其工作波长范围10～16μm ,全视场角为135°。
采用“负-正-正”型式的反远距像方远心光路镜头结构,仅有三块非球面锗透镜构成。
能够很好地解决广角镜头轴外像差校正和像面照度均匀性问题。
此镜头结构简单、体积很小、后工作距离大,成像质量接近于衍射极限,在20lp/mm 空间频率处的调制传递函数值超过0.6,像高与视场角关系偏离线性的相对误差不超过15%。
文中还分析了此镜头的加工和装调公差。
关 键 词:地平仪;长波红外;广角镜头;光学设计;非球面中图分类号:TH741 文献标识码:A1 引 言 安装在航天器上的地平仪通过探测地球的红外辐射,测量和控制航天器在空间的姿态。
传统扫描式地平仪采用机电扫描反射镜和单元探测器,新一代凝视式地平仪[1,5,6]使用非致冷微测辐射热计探测器(Microbolometer ),不需要高精度的机电扫描装置,因而体积、重量、造价、可靠性等方面优点明显。
另外,通过偏置视场,可获得航天器的侧滚、俯仰和偏航信息,不必借助陀螺仪测量偏航角。
而且,这种凝视式地平仪获得的地球红外辐射图像信息量大,可用来提高航天器的姿态测控精度。
光学系统的成像质量直接影响测量精度,凝视式地平仪的光学系统不同于扫描式地平仪,后者只要求对瞬时小视场成像,通过机电扫描获得地球图像,而前者则需将整个地球成像在焦平面阵列上,要求光学系统在大视场内具有好的像质。
本文介绍适用于凝视式地平仪的光学系统设计。
首先,给出其技术性能指标和设计思想;然后,给出设计结果、像质评价和公差分析结果。
2 指标要求和设计思想地球对宇宙空间的红外辐射主要集中在远红外波段,凝视式地平仪光学系统将地球的红外辐射图像成像在焦平面阵列探测器上。
第40卷第2期红外与激光工程2011年2月Vol.40No.2Infrared and Laser Engineering Feb.2011长波红外高光谱成像系统的设计与实现袁立银1，林颖1，何志平1，徐卫明1，张滢清2，舒嵘1，王建宇1（1.中国科学院上海技术物理研究所，上海200083；2.上海太阳能工程技术研究中心，上海200241）摘要：针对长波红外高光谱系统背景辐射强以及信噪比低的特点，设计了能有效抑制背景辐射的长波红外精细分光光谱成像系统。
利用杂散辐射分析软件，对系统进行了背景辐射分析，包括全波段各辐射面源对背景辐射的贡献分量、各光学通道的背景辐射、机械内壁吸收率对背景辐射的影响、以及光机内壁温度对背景辐射的影响。
主要通过制冷光机系统的温度、抛光亮化处理光谱仪的内部表面，降低系统的背景辐射。
搭建了一套地面实验装置，该系统光谱范围为7.7~9.3μm，光谱分辨率为54nm，空间分辨为0.75mrad，推扫式成像。
整机的测试结果表明，系统的光谱分辨率(SRF)达到了预先设计的要求值，低温150K时，系统的噪声等效温差NETD接近300mK。
关键词：光谱成像系统；长波红外；高光谱；背景辐射中图分类号：TN744.1文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)02-0181-05Design and realization of an long-wave infrared hyperspectralimaging systemYuan Liyin1,Lin Ying1,He Zhiping1,Xu Weiming1,Zhang Yingqing2,Shu Rong1,Wang Jianyu1(1.Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Science,Shanghai200083,China;2.Shanghai Solar Energy Research Center,Shanghai200241,China)Abstract:In view of the strong background radiation and the low signal noise rate of the long-wave hyperspectral imaging spectrometer,an infrared spectral imaging system which could restrain the background radiation was designed.The background radiation was analyzed by the TacePro software.The analysis include composition of the background radiation(within the whole spectral range),relative background radiation of each channel,background radiation as different mechanism inwall surfaces absorbance,and background radiation at different temperature of machine inwall.The background radiation was mainly suppressed by cooling opto-mechanic system and polishing inwall surface.A ground-based experimental device was established,whose spectral range was from7.7to9.3μm,spectral resolution was54nm,spatial resolution was0.75mrad and scanning way was push broom.Measurement of the whole instrument presents that spectral resolution(SRF)of the system reaches the designed value and NETD is less than300mK as the inwall surfaces of opto-mechanic is at150K.Key words:imaging spectrometer system;long-wave infrared;hyperspectral;background radiation收稿日期：2010-05-10；修订日期：2010-06-05基金项目：国家863计划资助项目（2007AA12Z104）；福建省青年科技人才创新项目（2007F3066）作者简介：袁立银（1981-），女，博士后，研究方向为红外系统设计及应用技术研究。
长波红外高光谱成像系统的设计与实现随着红外光谱技术的不断发展，长波红外高光谱成像系统的应用越来越广泛。
本文将介绍一种长波红外高光谱成像系统的设计与实现。
一、系统概述本系统主要由光学系统、光谱仪、控制系统和图像处理系统四部分组成。
其中，光学系统负责将被测样品的辐射能量收集到光谱仪中；光谱仪负责将不同波长的辐射能量分离并检测；控制系统负责控制光学系统和光谱仪的运行；图像处理系统负责将光谱数据转化为图像。
二、系统设计1. 光学系统设计本系统采用反射式光学系统，由凸面反射镜和平面反射镜组成。
凸面反射镜用于收集被测样品的辐射能量，平面反射镜用于将辐射能量反射到光谱仪中。
为了提高系统的灵敏度，采用了金属反射镜。
2. 光谱仪设计本系统采用分光光度计作为光谱仪，由光栅、光电二极管和放大器组成。
光栅负责将不同波长的辐射能量分离，光电二极管负责检测辐射能量，放大器负责放大检测信号。
为了提高系统的分辨率，采用了高分辨率光栅。
3. 控制系统设计本系统采用单片机作为控制系统，通过控制光学系统和光谱仪的运行，实现对被测样品的辐射能量的收集和分析。
为了提高系统的稳定性和可靠性，采用了高性能单片机。
4. 图像处理系统设计本系统采用数字信号处理器作为图像处理系统，通过将光谱数据转化为图像，实现对被测样品的成像。
为了提高系统的处理速度和精度，采用了高性能数字信号处理器。
三、系统实现1. 光学系统实现本系统采用了定制的凸面反射镜和平面反射镜，通过精密加工和调试，实现了光学系统的精度和稳定性。
2. 光谱仪实现本系统采用了高分辨率光栅、高灵敏度光电二极管和高增益放大器，通过精密调试和校准，实现了光谱仪的高分辨率和高灵敏度。
3. 控制系统实现本系统采用了高性能单片机，通过编写控制程序，实现了对光学系统和光谱仪的精确控制和数据采集。
4. 图像处理系统实现本系统采用了高性能数字信号处理器，通过编写图像处理程序，实现了对光谱数据的转化和成像。
四、系统测试本系统经过精密调试和校准后，进行了系统测试。
大面阵长波红外光学无热化镜头的设计陈 潇（南京邮电大学通达学院电子工程学院，江苏扬州 225127）摘要：红外成像随着红外探测器技术及红外材料的发展，一方面是走向大面阵，另一方面是走向无热化。
文中设计了一款用于大面阵（1024×768，17μm）长波红外光学无热化镜头。
系统由4片透镜组成，采用两种红外材料组合设计和两面非球面校正系统像差设计，焦距为90mm，相对孔径为1:1，全视场角为13.8°，总长为108mm。
设计结果表明：在空间频率为30lp/mm，0视场的MTF值大于0.45，接近于衍射极限，1视场的MTF大于0.35，在－60℃～＋100℃温度范围内，各视场MTF值与常温变化不大，满足光学无热化设计。
该镜头结构简单、紧凑、工艺性良好，易于加工，易于实现。
关键词：大面阵；无热化；非球面；长波红外；光学设计中图分类号：O439 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2018)11-1061-04Design of Long-wavelength Infrared AthermalizationLens for Large-array DetectorCHEN Xiao(Tongda College of Nanjing University of Post & Telecommunications, Yangzhou 225127, China)Abstract：With the development of infrared detector technology and infrared materials, infrared imaging has two orientations; on the one hand, it orients toward the large-array detector, and on the other hand, it orients toward non-thermalization. This paper designed an infrared athermalized lens for use in a large-array detector (1024×768, 17 μm) with a long wavelength. The lens is composed of four pieces, using two kinds of infrared materials for a combination design and two aspheric surfaces for aberration correction. The focal length is 90 mm, the relative aperture is 1:1, the full field of view angle is 13.8°, and the total length is 110 mm. The final design shows that the MTF value of 0 view is greater than 0.45 at the spatial frequency of 30 lp/mm, which is close to the diffraction limit; the MTF value of full-view is greater than 0.35(at 30 lp/mm). The MTF values for the entire field view changed little in the working temperature range(－60℃ to＋100℃), compared with the normal temperature design. The lens structure is simple, compact, and is easy to use, process, and implement.Key words：large-array，athermalization，aspheric surface，long-wavelength，optical design0 引言随着红外光学的发展，无论是在军事还是在民用领域均对红外镜头有着很高的需求量。
光学被动消热差的长波红外双视场光学系统
设计
光学被动消热差的长波红外双视场光学系统是一种用于热成像应
用的专门设计的光学系统。
该系统通过精确设计和优化，可以有效地
减少和消除温度变化引起的影响，从而提高成像质量和准确度。
其主要设计思路是利用两个对称的接收视场，各自对应一个视图，通过同时捕捉两个不同的图像来消除热成像过程中的温度影响。
其中，一个视场通常用于观察热源，另一个视场则用于观察周围环境，这样
就可以同时获得热源和环境的信息。
该系统利用红外光学原理进行设计，在光学系统中采用双视场设计，可以通过对两个视场的不同观察视角进行综合分析和处理，有效
地减少热成像时的温度波动引起的误差，提高成像质量和准确性。
在实际应用中，该系统可以广泛应用于工业控制、安防监控、医
学诊断等领域，对于提高成像结果的准确性和可靠性都具有非常重要
的作用。
