基于红外多光谱相机分析长后焦距对无热化设计的影响*

徐睆垚 徐亮 沈先春 徐寒杨 孙永丰 刘文清 刘建国

1)(中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,合肥 230031)

2)(中国科学技术大学,合肥 230026)

在不同环境温度下,热差对红外多光谱相机的成像质量造成一定的影响,基于此,建立了红外多光谱相机的无热化模型,此模型将红外多光谱相机等效为分离式双透镜光学系统.在定焦距的情况下,分析了后焦距变长对前后透镜光焦度的影响,从光焦度绝对值与正负值变化情况对材料的选择范围进行约束,实现光学材料的快速选择.采用该模型对波段为8—14 µm,焦距为50 mm,F 数为1.4的红外多光谱相机在–40—+60 ℃范围内进行无热化设计.通过仿真分析,各视场在奈奎斯特频率为30 lp/mm 处的值均达到0.39,接近衍射极限;弥散斑均方根半径均小于艾里斑半径19.17 µm;轴向像差均小于0.02 mm.采用通道为9.43—11.53 µm的红外多光谱相机对SF6 气体进行成像实验,实验结果表明,经过无热化的红外多光谱相机对SF6 气体的成像效果良好,设计方法正确可行.

1 引 言

随着社会的快速发展,突发性污染事故的发生日趋频繁,例如火灾、化工厂爆炸污染、毒气泄漏等事件使得有毒有害污染气体向大气排放.而传统的光学遥感和现场采样检测方式无法满足事故处置部门对污染现场快速定性和定量远程遥测的需求[1−4].近年来,红外多光谱相机以其快速识别、远距离、低成本等显著优势成为气体检测领域的研究热点之一[5].

由于红外多光谱相机需要在不同温……