高分辨率广角红外成像系统光学设计优化

本文主要探讨了一种高分辨率制冷型中波广角红外成像系统的光学设计。该系统具有重要的应用价值，特别是在航天、军事和环境监测等领域，对于需要大视场、宽温度适应性和高分辨率的红外成像设备来说，其性能至关重要。 设计的关键特征是采用了F数为2的光学系统，工作波段设定在3.7~4.8微米的中波区域，这对应于红外光谱的特定区域，适合捕捉这一波段的红外辐射。全视场达到2ω=111.2°，这意味着系统能够覆盖一个非常广阔的视角，对于监控大面积区域非常有利。 光学设计采用二次成像构型，通过Si、Ge、ZnSe三种材料的六片式对称布局，这既考虑了材料的光学性能，又实现了结构紧凑和轻量化。折/衍混合器件的运用是设计中的亮点，它结合了折光和衍射的优势，提高了光学系统的设计灵活性和效率。非球面技术的应用则进一步提升了系统的成像质量，使得系统在宽温范围（-55℃至+80℃）内保持高水平的光学传递函数（MTF），即使在33 lp/mm的空间频率下，MTF也能超过0.4，确保图像的清晰度。 为了保证成像质量的一致性，系统采用了f-θ设计，这意味着无论在哪个视场，成像系统的角分辨率都能保持恒定。此外，通过引入光阑像差控制和优化像方视场角，系统的像面均匀性得到了显著提升，边缘视场的相对照度最低能达到中心视场的90.9%，而且具有接近100%的冷光阑效率，这对于减少噪声和提高信噪比非常重要。 更重要的是，该系统还具有良好的冷反射抑制能力，这意味着在低温环境下，系统能有效减少不必要的反射，减少干扰。该光学系统特别适合搭配15微米像素尺寸、分辨率为640像素×512像素的中波制冷探测器，能够在复杂的环境中提供清晰、稳定的红外图像。 这篇论文详细介绍了如何通过精心设计和优化，实现了一个高性能的高分辨率中波广角红外成像系统，其在极端温度下的稳定性和高分辨率特性，为相关领域提供了重要的技术支撑。这样的系统在现代科技应用中无疑具有广阔的应用前景和科研价值。