《红外系统概述》PPT课件

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1、第四章红外系统概述4.1红外系统的分类红外系统有以下几种分类方法：按功能分：测辐射热计、红外光谱仪、搜索系统、跟踪系统、测距系统、警戒系统、通讯系统、热成像系统和测温仪等。按工作方式分：主动系统和被动系统、单元系统和多元系统、光点扫描系统及调制盘扫描系统、成像系统和非成像系统。按应用领域分：可分为军用系统和民用系统。按探测器元件数：被动式红外系统可分为第一代、第二代和第三代系统。第一代系统是在单元或多元探测器基础上建立的，系统采用传统的光机扫描。第二代系统采用多元焦平面列阵器件，在这种系统中，元件数达到10的三次，图象质量可与现代电视系统相比

2、拟。第三代红外系统中，焦平面的元数足够多，可覆盖整个视场，由电子扫描代替光机扫描，可称为真正的“凝视”系统。4.2红外光学系统红外光学系统的作用是更新改善光束的分布，更有效地利用光能。若光学系统用于辐射源，或者用于聚集辐射能，形成有确定的辐射光束，或者使辐射束具有确定的形式；若光学系统用于辐射探测器，则用来收集辐射，会聚到探测器灵敏面上。红外系统中光学系统的使用可大大提高灵敏面上的照度，它可比入射到光学系统表面上的照度高若干倍，从而提高仪器的信噪比，增大系统的探测能力。设计要求红外系统中的红外光学系统应满足如下要求（1）小的尺度，这由整机尺寸

3、要求所确定；②具有尽可能大的相对孔径，所谓相对孔径是指物镜直径与其焦距之比；（3）有确定的视场角，这取决于红外系统的用途；④在所选择的波段内有最小的辐射能损失；（5）在物镜焦平面上像的尺寸最小，当目标移至视场边缘处无明显的畸变；（6）在各种气象条件下或存抖动和振动条件下，具有稳定的光学性能。红外光学系统的分类根据结构的不同，红外光学系统可分为三大类，即透镜式系统(辐射束通过其中的折射介质)；反射式系统(辐射束受到其中一个或几个反射镜的反射)；混合式系统(由透镜式和反射式系统组合而成)。与可见光光学系统的异同点红外光学系统的元件(透镜、反射镜、

4、棱镜等)原则上与可见光学系统的元件没有差别。但它们之间有两个不同点：第一，许多材料对可见光是透明的，面对红外线不透明。或者有的材料在某些红外波段上透明、而对可见光石透明；第二，两者的像质的衍射限不同．这种差异来源于两种电磁辐射的波长不同。4.2.1透射式红外光学系统透射式红外光学系统也称折射式红外光学系统，它一般由几个透镜或组合透镜构成，每个组合透镜可看作是一个光学系统。对于双组合透镜系统，第一个光学系统的后焦点与第二个系统的前焦点重合，这种系统称为望远系统。望远系统广泛应用于观察远距离物体的仪器，如夜视仪、红外望远镜等。望远系统的第一个组件

5、称为物镜，第二个组件称为目镜。在用于红外探测器的光学系统中，利用透镜聚光器将物镜整个视场内的辐射束全部收集到探测器的灵敏面上。常见的结构形式1.单透镜2.组合透镜图4-1单透镜图4-2组合透镜4.2.2反射式红外光学系统由于红外辐射的波长较长，能透过它的材料很少，因而大都采用反射式红外光学系统。员简单的反射式光学系统由反射镜组成，它于探测器灵敏面上用来收集和聚焦辐射束，或者在红外照射装置中用作产生定向辐射。按截面的形状不同，反射系统有球面形、抛物面形、双曲面形或椭球面形等几种。常见系统1.牛顿系统（主镜抛物面，次镜平面）图4-3牛顿系统2.卡

6、塞格伦系统（主镜抛物面，次镜双曲面）图4-4卡塞格伦系统3.格利高利系统（主镜抛物面，次镜椭球面）图4-5格里高利系统4.2.3反射镜－透镜组合式光学系统无论透镜式光学系统或反射镜式光学系统都存在多种像差。光学系统的像质由若干基本像差。如球差、慧差、像散、畸变、像面弯曲和色差等所确定。像差的大小依赖于光学系统的相对孔径、光束相对于光轴的倾斜角和制作光学系统的材料，此外，像差也依赖于透视的曲率半径、它们的厚度和透镜间的空气间隙。由反射镜和透镜组合的折射—反射式光学系统可以结合反射式和透射式系统的优点，采用球面镜取代非球面镜涧时用补偿透镜来校正球

7、面反射镜的像差，从而获得较好的像质。常见系统1.斯密特系统这种系统的主镜是球面反射镜，其前面安装有一校正板，可根据校正板厚度的变化来校正球面镜的像差。图4-6斯密特系统2.曼金折射－反射镜这种系统由一个球面反射镜和一个与它相贴的弯月形折射透镜组成所采用的透镜是负透镜，来校正球差，但色差较大，故常将此透镜做成胶合消色差透镜。图4-7曼金折射——反射系统3.马克苏托夫系统这种系统的主镜为球面镜，与曼金折射－反射镜相似，仍采用负透镜校正球面镜的球差，但让负透镜与球面镜分离，利用形状与位置两个自由度，可使像质获得更大的改善。系统中三个球面的曲率中心都

8、取在同一点上，又置光阑在这个球心上，因而没有慧差、像散和畸变，但存在少许色差。图4-8马克苏托夫系统4.3调制盘为使目标辐射转变成电子线路容易处理的交变信号，也为了