
书书书
第
37
卷
第
3
期
中
国
激
光
Vol.37
,
No.3
2010
年
3
月
犆犎犐犖犈犛犈犑犗犝犚犖犃犔犗犉犔犃犛犈犚犛
犕犪狉犮犺
,
2010
文章编号:
02587025
(
2010
)
03067505
中波红外大相对孔径消热差光学系统的设计
刘
琳
1
,
2
,
3
沈为民
2
,
3
周建康
2
,
3
1
苏州大学物理科学与技术学院,江苏 苏州
215006
;
2
苏州大学现代光学技术研究所,江苏 苏州
215006
3
苏州大学江苏省现代光学技术重点实验室,江苏 苏州
( )
215006
摘要
设计了基于非制冷探测器工作的
′
犳
=100mm
,
犇
/
′
犳
=1
,
2
狑
=5°
的中波红外光学系统。该光学系统结构简单
紧凑,具有较大的相对孔 径,能够在
-20
~
60 ℃
空间环 境温度变化 范围内保持 良好的成像 质量。光学系统 选用了
佩茨瓦尔结构型式,通过材料的选择以及光焦度的合理分配,实现了光学被动消 热差。采 用折 衍混合 透镜,简化 了
整个光学系统的结构
,减小了系统体积和重量。此外,该系统还具有较大的后工作距。
关键词
光学设计;非制冷探测器;红外系统;消热差
中图分类号
TH741
文献标识码
A
犱狅犻
:
10.3788
/
犆犑犔20103703.0675
犇犲狊犻
犵
狀狅狀犃狋犺犲狉犿犪犾犻狊犲犱 犕犻犱犱犾犲 犠犪狏犲犾犲狀
犵
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狆
狋犻犮犪犾犛
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狊狋犲犿 狑犻狋犺
犔犪狉
犵
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狆
犲狉狋狌狉犲
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1
,
2
,
3
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2
,
3
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犵
2
,
3
1
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犳
犘犺
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狊犻犮犪犾犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅
犵狔
,
犛狅狅犮犺狅狑犝狀犻狏犲狉狊犻狋
狔
,
犛狌狕犺狅狌
,
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犵
狊狌
215006
,
犆犺犻狀犪
2
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犳
犕狅犱犲狉狀犗
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,
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,
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,
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犵
狊狌
215006
,
犆犺犻狀犪
3
犑犻犪狀
犵
狊狌犓犲
狔
犔犪犫狅狉犪狋狅狉
狔
狅
犳
犕狅犱犲狉狀犗
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,
犛狅狅犮犺狅狑犝狀犻狏犲狉狊犻狋
狔
,
犛狌狕犺狅狌
,
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215006
,
烄
烆
烌
烎
犆犺犻狀犪
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犅犪狊犲犱狅狀狌狀犮狅狅犾犲犱犱犲狋犲犮狋狅狉
,
犪狀狅
狆
狋犻犮犪犾狊
狔
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犵
狀犲犱狑犻狋犺100犿犿犳狅犮犪犾犾犲狀
犵
狋犺
,
1
犉
狀狌犿犫犲狉
,
±2.5°
犳犻犲犾犱狅犳狏犻犲狑
,
狑狅狉犽犻狀
犵
犻狀狋犺犲3
~
5
μ
犿 狑犪狏犲犫犪狀犱.犜犺犲狅
狆
狋犻犮犪犾狊
狔
狊狋犲犿 犺犪狊狋犺犲犪犱狏犪狀狋犪
犵
犲狊狅犳犾犪狉
犵
犲狉犲犾犪狋犻狏犲犪
狆
犲狉狋狌狉犲
犪狀犱犮狅犿
狆
犪犮狋犮狅狀狊狋狉狌犮狋犻狅狀.犠犺犻犾犲狑狅狉犽犻狀
犵
狌狀犱犲狉狋犺犲犮狅狀犱犻狋犻狅狀狅犳 -20 ℃
~
60 ℃ 狋犺犲狊
狔
狊狋犲犿犮犪狀犽犲犲
狆
犺犻
犵
犺
狇
狌犪犾犻狋
狔
犻犿犪
犵
犲.犠犻狋犺狋犺犲 犘犲狋狕狏犪犾狅犫
犼
犲犮狋犻狏犲
,
犮犪狉犲犳狌犾犾
狔
狊犲犾犲犮狋犲犱狅
狆
狋犻犮犪犾 犿犪狋犲狉犻犪犾犪狀犱狉犲犪狊狅狀犪犫犾犲狅
狆
狋犻犮犪犾
狆
狅狑犲狉犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀
,
狆
犪狊狊犻狏犲狅
狆
狋犻犮犪犾犪狋犺犲狉犿犪犾犻狕犪狋犻狅狀犮犪狀犫犲狉犲犪犾犻狕犲犱犫
狔
狌狊犻狀
犵
狋犺犻狊狊
狔
狊狋犲犿.犜犺犲犺
狔
犫狉犻犱犾犲狀狊犻狊狌狊犲犱狋狅狊犻犿
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犾犻犳
狔
犮狅狀狊狋狉狌犮狋犻狅狀
犪狀犱犱犲犮狉犲犪狊犲狋犺犲狏狅犾狌犿犲犪狀犱 狑犲犻
犵
犺狋狅犳狋犺犲狅
狆
狋犻犮犪犾狊
狔
狊狋犲犿.犃犾狊狅
,
犾犪狉
犵
犲犫犪犮犽犳狅犮犪犾犾犲狀
犵
狋犺犻狊犪狀狅狋犺犲狉犳犲犪狋狌狉犲狅犳狋犺犲
狅
狆
狋犻犮犪犾狊
狔
狊狋犲犿.
犓犲
狔
狑狅狉犱狊
狅
狆
狋犻犮犪犾犱犲狊犻
犵
狀
;
狌狀犮狅狅犾犲犱犱犲狋犲犮狋狅狉
;
犻狀犳狉犪狉犲犱狊
狔
狊狋犲犿
;
犪狋犺犲狉犿犪犾犻狕犪狋犻狅狀
收稿日期:
20090416
;收到修改稿日期:
20090710
基金项目:国家
863
计划(
2007AA12Z103
)资助课题。
作者简介:刘
琳(
1977
—),女,硕士,讲师,主要从事光学仪器设计方面的研究。
Email
:
liulin
@
suda.edu.cn
1
引
言
中波红外
3
~
5
μ
m
波 段 是 对 地 球 观 测 的 重 要
窗口之一。目前工作于该波段的卫星大多数使用了
技术发展成熟的制 冷型探测 器,具 有 较高的辐 射 分
辨本领和地面分辨本领,但卫星体积、重量和功耗均
较大。使用 非 制 冷 探 测 器 具 有 不 需 要 机 械 扫 描 装
置
、光阑位置 无限制、功耗低、重 量轻、体积小、可 靠
性好等优点
,为设计 和制造低 成 本的中波 红 外对地
观测 卫星提供了 可能性
[
1
]
,但同时也对 光学系统的
设计提出了新的 要 求。首先,光学系统 需 要有较大
的相对孔径以弥补非制冷探测器辐射分辨率低的缺
点,其次,与采用非制 冷 探测器目 的 相配合,整 个 光
学成像系统应具有 尽可能紧 凑 的结构,即 光 学元件
个数尽可能少,重量尽可能轻,体积尽可能小。
基于 非制冷探测 器,本文设计了 用于对地观 测
的大相对孔径中波红外光学系统。为了适应典型的
空间环境温度变化(
-20
~
60 ℃
),系统采用了结构
简单、可靠性好的被 动消热差 光 学系统以 及 折衍混
合元件,以达到减轻系统体积和重量的目的。
2
系统设计
2.1
指标参数
针对法国
Sofradir
公司
320×240
阵列,像元大
小为
35
μ
m
的 中 波 红 外 非 制 冷 探 测 器,轨 道 高 度