长波红外显微成像光学系统设计与热像差补偿技术

"这篇论文是关于长波红外显微成像光学系统的设计与仿真的研究，作者通过设计一种适用于50 μm×50 μm像元尺寸的32×32元制冷型凝视焦平面阵列探测器的光学系统，解决了在15~35 μm工作波长下的成像问题。该系统采用一次性成像方式，由多个透镜组成，并在光路的出瞳位置设置冷光阑。通过使用对称双胶合透镜组合校正像差，利用光学被动补偿技术在-20~40 ℃的温度范围内消除热像差。仿真结果显示，设计的系统在特定参数下具有良好的成像性能，满足高分辨率和短结构的需求。" 文章详细阐述了长波红外显微成像光学系统的设计过程和技术要点。首先，针对32×32像素的制冷型长波红外探测器，设计了波长范围为15至35微米的透射式光学系统，目的是为了适应这种特殊探测器的需求。系统设计采用一次性成像，减少了图像失真，保证了成像质量。 在光学系统结构上，文章提到了冷光阑的重要性，它被放置在光路的出瞳位置，有助于控制入射光并减少不必要的热辐射。此外，对称双胶合透镜组合被用来矫正像差，这是提高成像质量的关键步骤，能有效地纠正由于不同材料和厚度导致的色差和球差。 文章还讨论了热像差的消除，即在-20到40摄氏度的宽温范围内，采用光学被动补偿技术。这种方法使得系统能够在各种环境温度下保持稳定的成像性能。 通过仿真，研究人员发现，当系统中心波长为27微米，焦距为14毫米，数值孔径为0.25，有效放大倍率为10，空间分辨率达到0.1毫米时，在10 lp/mm的特征频率下，调制传递函数（MTF）值达到0.369，这表明系统具有较高的成像清晰度。同时，系统包围圆能量集中度超过80%，这意味着大部分能量都集中在成像区域，进一步证实了系统的优良成像性能。 该研究提供了一种创新的长波红外显微成像光学系统设计方案，具有较高的空间分辨率和良好的温度稳定性，对于需要高精度和快速响应的红外成像应用，如科学研究、军事侦查、医学检测等领域具有重要价值。关键词包括光学设计、长波红外、双胶合透镜、显微成像光学系统以及仿真模拟，这些关键词突出了研究的核心内容和应用领域。