红外光学镜头的设计

时间: 2020-08-25

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 红外镜头的设计,需要根据探测器的像元 和尺寸、具体运用的场合,还有性价比等因素 来综合考虑进行设计。一般来说,红外晶体尤 其是 Ge、 ZNS 原材料价格等比较昂贵,因此 在不少设计中,设计师们会采用非球面或者衍 射面来减少镜片数量同时兼顾优异的成像效果。 由于非球面和二元面的加工和检测也比较昂贵, 因此尽量不要采用多个非球面或者衍射面。 

SWIR 镜头   SWIR 镜头,尤其是扩展型波段的 SWIR 短 波红外镜头,能够采用的材料需要考虑宽波段 透过可加工、透可见光等因素,因此 ZNSE、 ZNS、CaF2 等成为普遍的选择,另外,还有一 些少见的玻璃。但是,需要注意的是,一般情 况下这些玻璃没有库存,生产频率也不高,因 此在采用之前,需要确定这些材料是否可以准 时交货并且具有持续供货的可能。比如肖特或 小原光学,某些材料每年只生产一次,如果你 错过了这个采购机会,就要再等待一年。

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MWIR 镜头   MWIR 镜头通常是配合中波制冷型探测器 使用,光栏置于镜头后方,因此镜片比较大, 还要考虑所谓的冷光栏效果(鬼影、反射,又 叫冷屏效果)。制冷镜头和探测器体积虽然庞 大,但是探测距离可以达到很远,如焦距 150mm、 300 mm, 可以看到 10 km 到 30 km 的 距离。 

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LWIR 镜头   LWIR 的设计是商业化主导的,就是既要便 宜又要效果好。因此非球面采用的比较普遍。 另外,随着商业应用的普及,如车载夜视、枪瞄、 手机等运用,硫系玻璃开始变为这类应用的宠 儿。由于可以低温模压成型,硫系玻璃镜头的价格可以做到很低(如果数量很大的话)。   在极寒和极热的条件下,尤其是温差很大 的时候,红外透镜的曲率、镜片厚度、镜筒及 镜片材料的折射率变化导致镜头离焦,为保证 成像清晰需要对镜头从新聚焦,需要电动或者手动调焦,为消除温度变化带来的不利影响, 需要无热化设计,通常设计师们会采用不同的 光学材料,进行光学补偿(温差),或者采用 机械材料与光学材料变化趋势相反的设计,进 行光机补偿。也有一种 AF 自动调焦设计,是通 过软件技术,不断地逼近焦平面,从而电动调 焦自动聚焦。

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