§3 红外成像光学系统

• 红外成像光学系统应满足以下几方面的基本要求：

• 物像共轭位置• 成像放大率• 一定的成像范围（视场）• 在像平面上有一定的光能量• 反映物体细节的能力（即分辨率）

一、理想光学系统模型

共轴球面光学系统

理想光学系统模型

理想光学系统的物像关系

• 牛顿公式 ffxx //

/

//

f

x

x

f

y

y

• 高斯公式 //

111

fll

l

l /

二、光学系统中的光阑

•孔径光阑、渐晕光阑、• 视场光阑、消杂光光阑

• 孔径光阑

•渐晕光阑

三、红外成像光学系统的主要参数

• 焦距 f′

• 决定光学系统的轴向尺寸， f′越大，所成 的像越大，光学系统一般也越大

• 相对孔径 D/f′• 相对孔径定义为光学系统的入瞳直径 D与焦距 f′之比，相对孔径的倒数叫 F数

2:1:2

12/1/ /

// fD

f

DfD

• 焦距 f′、相对孔径 D/f′、视场

• 相对孔径决定红外成像光学系统的衍射分 辨率及像面上的辐照度

• 衍射分辨率

/

/

/22.1

83.3

fDD

f

• 像面中心处的辐照度

2

2//2/ sinn

nULKE

四、光学系统的像差

• 光学系统近轴区具有理想光学系统的性质，光学系统近轴区的成像被认为是理想像

• 实际光学系统所成的像和近轴区所成的像的差异即为像差

• 单色像差：球差、彗差、像散、场曲、畸变• 色差：轴向色差、倍率色差

五、红外光学系统的特点

• 反射式和折反射式光学系统应用较多• 为了探测远距离的微弱目标，红外光学系统的孔径一般比较大

• 在红外光学系统中广泛使用各类扫描器，如平面反射镜、多面反射镜、折射棱镜及光楔等。

• 8至 14μm波段的红外光学系统必须考虑衍射效应的影响。

• 在各种气象条件下或在抖动和振动条件下，具有 稳定的光学性能

六、典型的红外光学系统• 透射式红外光学系统

• 反射式红外光学系统

牛顿光学系统

卡塞格伦系统

格利高利系统

• 折反射组合式光学系统

施密特系统

马克苏托夫系统

红外探测器

• 扫描系统

反射镜鼓行扫描、摆镜场扫描

例：用凝视型红外成像系统观察 30公里远， 10米 ×10米的目标，若红外焦平面器件的像元大小是 50μm×50μm，假设目标像占 4个像元，则红外光学系统的焦距应为多少？若红外焦平面器件是 128×128

元，则该红外成像系统的视场角是多大？

水平及垂直视场角：

053

19.13600

1102

300

1281050

/

3

3

21050

1030

10

f

mmf 300/