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中波红外成像系统冷反射抑制

卜和阳 虞林瑶 田浩南 王健

卜和阳, 虞林瑶, 田浩南, 王健. 中波红外成像系统冷反射抑制[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(6): 1414-1423. doi: 10.37188/CO.2023-0008
引用本文: 卜和阳, 虞林瑶, 田浩南, 王健. 中波红外成像系统冷反射抑制[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(6): 1414-1423. doi: 10.37188/CO.2023-0008
BU He-yang, YU Lin-yao, TIAN Hao-nan, WANG Jian. Narcissus suppression of medium-wave infrared imaging system[J]. Chinese Optics, 2023, 16(6): 1414-1423. doi: 10.37188/CO.2023-0008
Citation: BU He-yang, YU Lin-yao, TIAN Hao-nan, WANG Jian. Narcissus suppression of medium-wave infrared imaging system[J]. Chinese Optics, 2023, 16(6): 1414-1423. doi: 10.37188/CO.2023-0008

中波红外成像系统冷反射抑制

基金项目: 吉林省科技发展计划资助项目(No. 20200403057SF)
详细信息
    作者简介:

    卜和阳(1984—),男,吉林长春人,硕士,助理研究员,主要从事光学设计与检测方面的研究。E-mail:bhy0125@126.com

    虞林瑶(1987—),男,吉林长春人,博士,副研究员,主要从事光学设计与装调检测方面的研究。E-mail:yulinyao87@163.com

    田浩南(1987—),男,吉林长春人,博士,副研究员,主要从事电子学方面的研究。E-mail:tju_thn@163.com

    王 健(1995—),男,吉林长春人,硕士,助理研究员,主要从事机械设计方面的研究。E-mail:15764339602@163.com

  • 中图分类号: O432;O432

Narcissus suppression of medium-wave infrared imaging system

Funds: Supported by the R & D Project of Jilin Province (No. 20200403057SF)
More Information
  • 摘要:

    冷反射现象是指在红外热成像系统中制冷探测器通过前面光学表面的反射而探测到的自身的像,冷反射的控制是红外成像系统的重要任务。本文设计了一款采用Cassegrain(卡塞格林)反射结构的制冷型中波红外成像系统,分析了该系统的冷反射现象,得到了冷反射现象严重的表面。接着,通过Zemax软件降低这些严重面的冷发射,在控制冷反射的同时兼顾系统传递函数MTF的优化。通过NARCISSUS宏命令(冷反射分析宏命令)、Tracepro建模软件和实际成像图将优化后的中波红外成像系统与冷反射抑制前的系统进行比对。结果显示:探测器像面冷反射引入的等效温差( NITD)由1.0484 K下降到了0.1576 K,同时系统在调焦过程中冷反射斑的能量和尺寸无明显变化,优化后的光学结构有效地控制了系统的冷反射。

     

  • 图 1  冷反射抑制前折反式中波红外成像系统结构图

    Figure 1.  Structural diagram of a catadioptric medium-wave infrared imaging system without narcissus suppression

    图 2  冷反射抑制前折反式中波红外成像系统的传递函数

    Figure 2.  MTF of a catadioptric medium-wave infrared imaging system without narcissus suppression

    图 3  冷反射抑制前折反式中波红外成像系统倒置结构图

    Figure 3.  Inverted structure diagram of a catadioptric medium-wave infrared imaging system without narcissus suppression

    图 4  有冷反射影响的透镜组

    Figure 4.  Lens group with narcissus effect

    图 5  探测器像面冷斑在调焦前后的变化

    Figure 5.  Changes of the narcissus spot in the detector image surface before and after focusing

    图 6  中红外成像系统各透镜表面的NITD贡献

    Figure 6.  NITD of each lens surface of the medium-wave infrared imaging system

    图 7  评价函数示意图

    Figure 7.  Schematic diagram of merit function

    图 8  优化后的中波红外系统光学透射结构图

    Figure 8.  Transmission structure diagram of the optimized medium-wave infrared imaging system

    图 9  优化后的折反式中波红外成像系统的传递函数

    Figure 9.  MTF of the optimized catadioptric medium-wave infrared imaging system

    图 10  成像系统优化前后的主要差异

    Figure 10.  Main differences of the imaging system before and after optimization

    图 11  优化后的中波红外成像系统各透镜表面的NITD

    Figure 11.  NITD of each lens surface of the optimized medium-wave infrared imaging system

    图 12  冷反射抑制后探测器像面冷反射斑在调焦前后的变化

    Figure 12.  Changes of the narcissus spot in the detector image surface of the optimized system before and after focusing

    图 13  Tracepro仿真探测器靶面的冷反射能量模拟结果

    Figure 13.  Simulation results of narcissus on the image surface through Tracepro modeling software

    图 14  红外系统优化前后成像图

    Figure 14.  Images of the infrared system before and after optimization

    表  1  不同靶标对应的MRTD值

    Table  1.   MRTD values for different targets

    Target frequency (cy/mrad)MRTD (K)
    2.50.035
    4.010.055
    10.770.103
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    表  2  冷反射严重面的YNI和I/IBAR值

    Table  2.   YNI and I/IBAR values for the optical surfaces with serious narcissus

    SurfaceS2S3S5S14S15S18
    YNI0.3670.3710.454−0.091−0.091−0.298
    I/IBAR0.4200.4240.3780.1060.1060.512
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    表  3  面S5的I/IBAR值的优化函数

    Table  3.   Merit function of I/IBAR values with surface S5

    OPER#typesurfwaveHxHyPxPyTargetWeightValue
    1RAED520001001.08
    2RAED520100002.86
    3DIVI120000.378
    4ABSO3000.378
    5OPGT4110.378
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    表  4  冷反射严重面在优化后系统中的YNI和I/IBAR值

    Table  4.   YNI and I/IBAR values of the surfaces with serious narcissus in optimized system

    SurfaceS5S18
    YNI−0.520.74
    I/IBAR1.461.93
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    表  5  优化前后的NITD值

    Table  5.   NITD values before and after optimization (K)

    Structural stateMaxMinΔNITD
    Non-optimization1.04840.86340.1850
    Optimization0.15760.15570.0019
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    表  6  调焦过程中探测器像面冷反射仿真结果

    Table  6.   Simulation results of narcissus on the detector’s image surface during focusing

    Structural stateMaximum-intensity(W/m2Average-intensity(W/m2Total-luminous-flux(W)
    Theoretical design location6.95×10−44.48×10−42.96×10−6
    The focus group moves by +2 mm6.97×10−44.49×10−42.97×10−6
    The focus group moves by -2 mm6.97×10−44.48×10−42.96×10−6
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-05
  • 修回日期:  2023-02-05
  • 网络出版日期:  2023-07-11

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