一种短波红外镜头杂散辐射的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种短波红外镜头杂散辐射的检测方法，属于光机仿真的技术领域。
【背景技术】
[0002] 短波红外成像镜头接收视场内景物反射的短波红外光，如大部分自然物体，和高 温目标的自辐射光，如太阳、高温尾焰等，并将其成像在探测器上。从波段范围来说，接近可 见光波段而具有一定相通性，但又属于红外系统而具有能量辐射的特征。杂散光是光学系 统中非正常传输光的总称，产生于漏光、透射光学表面的残余反射、镜筒内壁等非光学表面 的残余散射，以及由于光学表面质量问题产生的散射光。对于红外光学系统还有因系统自 身热辐射产生的杂散光。红外成像系统中的杂散辐射会降低像面的对比度和调制传递函 数，使整个像面的层次减少、清晰度变坏、能量分布混乱甚至形成杂光斑点，严重时使目标 信号完全被杂散辐射噪声所淹没。
[0003] 随着红外探测器的响应能力日益提高，其对微弱辐射的探测能力越来越强。因此 红外成像系统的杂散辐射问题成为影响系统成像质量的重要因素。对于红外系统，杂散光 的来源主要包括四类:第一类是外部杂散光，是由外部点光源产生，如太阳、月亮等，经反 射、散射或直接照射到光学系统入口面并传递到探测器靶面。第二类是视场内亮背景引起 的杂散光，背景辐射是红外系统必须接收到的辐射。例如：白天，天空背景的红外辐射是散 射太阳光和大气热辐射的组合。夜间，是散射的月光和大气的热辐射的组合。第三类是由于 设计、污染或制造原因引起，光学窗口、透镜、反射镜等光学元件对视场内目标光线的不正 常光路传输或者散射形成的杂散光。第四类是探测系统自身热辐射产生的杂散辐射，称为 内部杂散光。
[0004] 传统的红外系统杂散辐射分析技术多是针对大口径、遮挡要求严格、工作在中长 波段的反射式红外成像系统，如《红外与激光工程》第36卷第3期，第300-304页所述的，岑兆 丰等人对典型的长波卡塞格林折反式照相物镜进行了详细的杂散光分析。对于可见光系 统，鬼像分析作为其杂散光的主要代表，在一些光学设计软件，如CODE V中得到了极大的发 展，但其仅仅涉及到透镜表面的二次反射形成光斑，甚至成像。因此，寻找便捷有效的红外 杂散辐射的检测方法很有必要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种短波红外镜头杂散辐射的检 测方法，本发明提出了一种检测效果更为优秀全面的红外镜头杂散辐射的检测方法。
[0006] 本发明是通过如下方案予以实现的：
[0007] -种短波红外镜头杂散辐射的检测方法，其特征在于，步骤如下：
[0008] 步骤1，测量红外镜头的杂散辐射系数，获取红外镜头的光学结构和参数，并将所 述镜头的光学结构导入杂散光分析软件中，建立该镜头的光机结构模型；
[0009]步骤2,依据步骤1所建立的光机结构模型，从模型中镜头表面的像面位置建立和 像面同样大小的面光源进行反向光线追迹，将其中所有能被面光源照到的表面作为"关键 表面"；然后，对光机结构模型中镜头表面分别采用不同入射角的平行光源进行正向光线追 迹，追迹时要保证平行光源能够覆盖镜头的入瞳，将其中不同角度的光线入射时都能被照 到的表面作为"照明表面"；
[0010] 步骤3,检测出所建模型中既存在"关键表面"又存在"照明表面"的部分，表明该镜 头表面有杂散辐射传输路径存在，根据检测得到的杂散辐射传输路径对该镜头采取对应的 抑制措施。
[0011] 进一步的，步骤1中还在杂散光分析软件中对红外镜头添加必要结构件，用于对短 波镜头进行支撑和固定，并在软件中修改光学元件和结构件的大小与位置从而形成所述镜 头的光机结构模型。
[0012] 进一步的，在所建立的短波镜头光机结构模型中，还给所述的短波镜头和结构件 加载光学属性包括:反射、透射、吸收和散射，并且在该模型中设立合理的光源和追迹条件。
[0013] 进一步的，所述的杂散辐射传输路径分为0级杂散辐射传输路径和1级杂散辐射路 径;所述的〇级杂散辐射传输路径为杂散辐射传输路径的传输方式是直接透射的；所述的1 级杂散辐射路径为杂散辐射传输路径的传输方式是散射方式传输的。
[0014] 进一步的，所述的抑制措施包括：（1)在镜头上加遮光罩和挡光结构来减小镜头源 表面对镜头接收表面的角系数F; (2)对镜头的源表面进行表面处理降低BRDF; (3)降低镜头 的降低表面温度来减小镜头源表面的热辐射
[0015] 本发明和现有技术相比的有益效果是：
[0016] 本发明提出了一种短波红外镜头杂散辐射的检测方法，通过在测量红外镜头的杂 散辐射系数，获取红外镜头的光学结构和参数。然后将该镜头的光学结构导入杂散光分析 软件中，建立该镜头的光机结构模型。根据所建立的模型确定镜头各表面的"关键表面"和 不同入射角度下的"照明表面"，将"关键表面"和"照明表面"的重叠部分认为存在杂散辐射 路径，并对该路径进行分类，从而实现对短波红外镜头杂散辐射的检测。根据检测结果即可 以采取相应的措施进行准确的抑制。本发明经过适当调整来开展对短波红外镜头的杂散辐 射分析，找到可能的杂散辐射路径，从而更为全面准确的分析红外镜头产生的杂散辐射，有 助于后期进行更为有针对性的抑制措施，进而最大程度消除杂散辐射对红外镜头的影响。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明是实施例的方法流程图；
[0018] 图2是本发明是实施例的杂散辐射能量传输图；
[0019] 图3是本发明是实施例的短波镜头的杂散辐射系数测量结果；
[0020]图4是本发明是实施例的短波镜头的PST测量结果；
[0021 ]图5是本发明是实施例的短波镜头的光机结构模型；
[0022]图6是本发明是实施例的该短波镜头的参数；
[0023]图7是本发明是实施例的该短波镜头的光学结构；
[0024]图8是本发明是实施例的短波镜头的光学构型；
[0025]图9是本发明是实施例的短波镜头的各部分结构图；
[0026]图10是本发明是实施例的短波镜头的整体外部结构图；
[0027] 图11是本发明是实施例的光线追迹验证模型的准确度；
[0028] 图12是本发明是实施例的各个角度的光线追迹表；
[0029] 图13是本发明是实施例的经透镜6后凸台面出射光线入射像面的路径仿真图；
[0030] 图14是本发明是实施例的经透镜3和5凸台面出射光线入射像面的路径仿真图；
[0031] 图15是本发明是实施例的经透镜5后凸台面出射光线入射像面的路径仿真图；
[0032] 图16是本发明是实施例的透镜5和6之间隔圈散射光线入射路径图；
[0033]图17是本发明是实施例的采取抑制措施前后的PST测量结果图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
[0035] -种短波红外镜头杂散辐射的检测方法，具体步骤如下：
[0036] 步骤(一），利用杂散光测量仪测量该短波红外镜头的PST和杂散辐射系数，即为到 达探测器靶面的杂散辐射照度与到达探测器靶面的所有辐射照度的比值，如图3所示。
[0037] 步骤(二），依据最靠近镜头最终的加工投产文档，建立准确的镜头光机结构模型。 具体方式如下：
[0038] 1)获取短波红外镜头的光学结构和参数(如图6和图7)，将该短波红外镜头光学结 构导入杂散光分析软件中建立镜头光机结构模型，并对该模型进行修复，即通将该镜头的 必要结构件导入杂散光分析软件中，用于实现对镜头原件进行支撑和固定。然后，适当修改 光学元件和结构件的大小与位置后，使两者准确地结合在一起，形成一个完整的模型。 [0039] 2)如图11所示，对上述形成的模型进行简单那的光线追迹，验证所建立的镜头光 机结构模型的准确性。然后在此基础上，对所建立模型中镜头的光学件和结构件添加合适 的光学属性，主要包括:反射、透射、吸收和散射等特性(如表1)，以便于进行接下来的光线 追迹和杂散辐射仿真分析。
[0040]表1.短波镜头表面属性赋值 rnrui 1
[0042] 3)对所建立的模型设立合理的光源和追迹条件包括:波长、大小、光线分裂数、随 机种子数以及光线截止光通量等参数。
[0043]步骤(三）、光线追迹分析：
[0044]根据上述建立的模型，从模型中镜头表面的像面位置建立和像面同样大小的面光 源进行反向光线追迹，将其中所有能被面光源照到的表面作为"关键表面"；然后，对光机结 构模型中镜头表面分别采用不同入射角的平行光源进行正向光线追迹，追迹时要保证平行 光源能够覆盖镜头的入瞳，将其中不同角度的光线入射时都能被照到的表面作为"照明表 面"；然后，将在记录下的"关键表面"和不同入射角下的"照明表面"制作在同一个表格中 (如图12)。
[0045] 步骤(四）、确定杂散辐射传输路径：
[0046] 如图12所示，第一列是短波红外镜头所有物体(表面）的编号，第二列是所有物体 (表面)编号对应的名字，第三列带星号的表格表明这个表面是"关键表面"，之后的每列带 星号的表格表示在不同角度入射的光线进行正向追迹时该表面可以成为"照明表面"。
[0047] 图12中对于灰色表明的行表示镜头对应的表明即是关键表面又是照明表面，说明 这个表面在对应的入射角时，可以有光通过散射或者透射的方式传输到探测器的像面，即 认为在这个角度有杂散辐