红外光学系统的热特性分析
２０１７焦 云光技术 第４９卷第１期
红外光学系统的热特性分析
史燕飞，王世恒，张力元，钟建波
（云南北方驰宏光电有限公司，云南昆明６５０２１７）
摘要：阐述了光机热集成分析的原理及Ｚｅｍｉｋｅ多项式在光学中的应用，利用有限元软
件分析了低温对红外镜头镜片镜面ＰＶ、ＲＭＳ值的影响，以及镜片的变形量，并利用
Ｚｅｍｉｋｅ多项式拟合得到了变形后的镜面。分析结果表明：红外镜头在低温下镜片由于
受镜筒挤压镜面变形较为严重，将拟合得到的镜面Ｚｅｍｉｋｅ系数输入ＺＥＭＡＸ中，重新
调焦后光学系统的ＭＴＦ明显下降。
关键词：红外光学系统；热特性；Ｚｅｍｉｋｅ多项式
０ 引言
随着现代红外光学技术的发展，红外光机产品已经不再只用于军用领域，也在民用领域如医
疗、安防、消防、遥感、电力等领域。应用领域的广泛也意味着红外光机产品也将面临更加复杂
多变的环境条件，经常会受到冲击、振动、温度与湿度的影响，在众多的影响因素中，温度是影
响红外光学系统成像质量最重要的原因。尤其对于高精度的红外光学仪器，温度的变化常常是系 统的成像质量严重下降［１】。由于红外镜片材料的温度特性，温度的变化将导致材料折射率的改变，
这将导致在常温下设计的红外光学系统在温度发生变化时成像质量将受到严重影响。
在传统的光机结构设计中，光学分析、机械分析和热分析相互分离的，设计光学系统时，首
先由光学设计人员对光机系统提出结构上的要求，而结构设计人员又对外界的温度环境提出要
求，有限的温控措施又最终会会影响光学分析的结果，这致使设计一个合理的光机系统非常耗时
耗力。能否将这些问题综合考虑，统一分析，已经成文今后光机系统设计领域的重中之重【２Ｊ。 为了提高红外光学系统的热光学稳定性，需要在设计阶段预测热环境对光学系统性能的影响［３１，
分析机械结构在温度变化时对光学元件造成的影响，从而对机械结构进行相应的结构改进及优化。
因此，对红外光机系统进行光机热集成分析是很有必要的。
１光机热分析方法概述
１．１光机热集成分析原理
光机热集成分析方法（Ｔｈｅｒｍａｌ／Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ／Ｏｐｔｉｃａｌ，ＴＳＯ）是将光学分析＼结构分析＼热分析综
合起来的一种技术方法。光学分析就是根据使用要求确定光学系统的结构形式及成像质量；结构
分析就是用有限元软件对已经设计好的光机系统进行力学、冲击、振动分析；热分析就是对光机
系统进行瞬态或稳态热分析，以此来确定温度对光学系统的影响。光机热集成分析方法的一般流
程简图如图１所示。先将光机模型进行有限元热分析和结构静力学分析，然后将热分析得到的热
载荷加载到结构分析中。在热载荷与机械载荷的作用下，可以仿真出光机系统模型在温度场下的
各部件发生的变形。对于红外光学系统而言，由于镜片的折射率对温度比较敏感，以及在温度发
生变化时镜片将受到机械机构的挤压而产生变形。因此，需要通过Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式将得到的镜面
变形数据重新拟合，将拟合出来的Ｚｅｍｉｋｅ系数带入到光学设计软件中进行镜片面型重构，并对
重构后的光学系统进行像质评价。
２０１７盆 云光技术 第４９卷第１期
图１光机热集成分析建议流程图
１．２光机热集成分析数据处理
在光机系统的光机热集成分析中，光机系统模型常常是基于笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐
标系所得到的。镜片变形数据通常包含着镜片的刚体位移、倾斜、离轴等。因此，不能简单的将
镜面变形与镜片变形等同在一起，需要通过一定的方法将上述的刚体位移、倾斜、离轴等变形数
据去除，只留下需要的基于矢高或者基于表面法向变形数据，并将拟合得到的变形数据拟合成光
学设计软件？￣ＩＩＣＯＤＥ Ｖ和ｚＥＭＡＸ能够接受的数据形式。在光机热集成分析中，常以Ｚｅｒｎｉｋｅ多项
式为数据转换接口来实现数据在有限元分析软件与光学设计中的传递［４】。
通过离散的数据点对拟合面形的Ｚｅｒｎｉｋｅ系数进行计算的主要方法有：最小二乘法、 Ｇｒａｍ－Ｓｃｈｍｉｄｔ正交化方法、Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｒ变化法Ｌ５】。由于最小二乘法在求解过程中容易出现病态方
程，因此一般常用Ｇｒａｍ—Ｓｃｈｍｉｄｔ正交化方法、Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｒ变化法。Ｚｅｍｉｋｅ多项式的极坐标方程
为：
Ｚ：（ ， ）＝ ：（ ）０：（ （１）
式中：ｎ为多项式的阶数，ｎ＝Ｏ，ｌ，２，…；ｍ为序号，其值恒与 同奇偶性，且Ｉ Ｉ ｎ。
常用的Ｚｅｍｉｋｅ多项式有标准Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式和Ｆｒｉｎｇｅｌ Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式两种。标准
Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｚｅｍｉｋｅ多项式通常有无穷多项，而Ｆｒｉｎｇｌｅ Ｚｅｍｉｋｅ多项式是前者的子集，一般来讲，取
前３７项来进行镜片面形拟合具有较高的拟合精度。Ｚｅｍｉｋｅ多项式具有如下几个优点：
１）Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式在单位圆上相互正交，
胼 （ ｚ ｛
１ ０ ）
、 （２） （ ≠域 ≠ｋ）
式中：ｚ （Ｐ，０）和 （Ｐ，０）为Ｚｅｍｉｋｅ多项式。当ｍ＝０时，６＝１；当ｍ￣Ｏ时，６＝０．５。光学系统
普遍都具有圆形通光口径，将圆形通光口径归一化刚好为单位圆，满足Ｚｅｍｉｋｅ多项式正交的要
求。
１２ 红外光学系统的热特件分析 史燕飞，王世恒，张力元，钟建波
２）Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式 易与Ｓｉｅｄｅｌ像苊系数建●：联系，其中常』Ｉｊ的ＦｒｉｎｇｌｅＺｅｍｉｋｅ多项式前
九项与Ｓｅｉｄｅｌ像差其埘Ｊ 关系如表ｌ。
１ Ｆｒｉｎｇｌｅ Ｚｅｒｎｉｋｅ＿ｇ，ｓｆｊ，ｆ式 ｊ Ｓｅｉｄｅｌ像 肘心父系
２应用实例
以 计的某红外光 系统为例，该
红外光 系统的设计参数自１表２所示。
该红外光学系统两片镜』＿【．材料均为锗，
光学系统结构图如 ２所示。在常温 农２红外镜头性能参数
２０￣Ｃ Ｆ 截ＪＥ频率为２０ ｌｐ／ｍｍ的ＭＴＦ如图３所，Ｊ ，从 中可以看ｆｆｊ当除了存令视场处其余视
场的ＭＴＦ均在５０％以
ｌ刳２ 外光学系统结构 ３红外光学系统的ＭＴＦ
以第 片透镜为例，通过 Ｐｒｏｅ Ｉ｝Ｉ处 ：陔红外镜头的－－ 维模型， 在有限元分析软件ＡＮＳＹＳ
ＷＯＲＫＢＥＮＣＨ进行热结构耦合分析，得刽第一片镜Ｊ 的何移云 和等效应力云 如图４、５所
示。从 ４ １＿１可以看…“１温度为一４０℃时，镜片中心 光轴（Ｚ车ｆ｛】）Ｉｆｉ方向移动，这会导致光学
系统空 ｃＩ’【ｉＪ隔发牛改变，红外光学系统的成像质量将会卜降；从 ５ Ｌ｝｜ 以看出镜片的等效应
３ｆ：７－４＜是均匀分布的， 环状分布，这 致镜 面形发，Ｉｉ改变。
。 － － 。。 １Ｏ ｏｏ ３０。０ ４化移分布云 。 －。。二Ｉ １０ｏｏ ３ｏ。ｏ Ｉ－Ｎ ５等效 力分布云
ｌ３ ２０１７｛ 比技术 ４９卷 Ｉ
）匕 镜 的 ， 精度决定菥光学系统成像质斌的好坏。通常川ＰＶ仇（峰 恤）硐Ｉ ＲＭＳ
（均 ＿ｌ｝ｌ５ ） 个参数米农／Ｊ÷镜 质 ，数学表达』弋为：
ＰＶ＝Ｍａｘ（ＡＷ）一Ｍｉｎ（ＡＷ） （３）
ＲＭＳ：Ｘ／ＡＷ一—ＡＷ—２
ｔｌ－：△ 爪 ｌ｛ｌｊ 艾 农 ｝ 的点卡Ｉ１埘ｊ 想农 ｎ勺偏离
通过 几软件 Ｉｌ捉取镜Ｉ Ｉ 形的 ｆｆｆｉ ＾ 标 ３镜”１第・Ｉ…… 变化
数 平ｌ１ ＿ｆ 移数 ，利川Ｚｅｍｉｋｅ多项式埘提取Ｉｌ｝｛术的节 ＿
数 进仃拟合，镜”１ ｌⅢ拟合ｎ７ｉＴ：－的ＰＶ 和ＲＭＳ值『』１ｌ
３所 ，拟合所 』剑光 系统 ｍ ＩＩ ６所，Ｊ
拟合面形
拟合面形
１ １ （Ｃ）拟合第 （４１
拟合面形
拟合面形
Ｉ 一１ （ｄ）拟合第叫ｌｎ —
６拟介』 ｌ 门镜ｌｆＩ Ｉｆｉ／￣
将拟合 ｝剑的各 Ｚｅｒｎｉｋｅ系数带入剑ＺＥＭＡＸ－ｆｌＩ得剑 外光学系统的ＭＴＦ ７所 ，
）ｌＡ 系统Ｉ，Ｉ勺成像质 ｔ 降 常 ， ｆ ｌ ｊ 通过洲纯米 新狭 蜮仆像【『Ｉ 的化 。ｌ殳Ｊ ８所 为
１４ 姐 ｌ号 勰 珀 ｛；； 一
∞ 盯 ｛｛； ０ ０ ０
∞ 红外光学系统的热特性分析 史燕飞，王世恒，张力元，钟建波
调焦后的光学系统的ＭＴＦ，调焦后的光学系统成像质量已经有了非常大的改善。与原始光学系
统的ＭＴＦ相比，光学系统整体成像质量在面形变化后已经下降。
３结论 Ｓ 响 ｎ ＼ ０ ２日 ａ Ｔ
∽ 三 ０ 日 ａ１
ＪＥＮｃ Ｔ Ｉｌ、［ Ｌ ｓ Ｐ ＨＨ Ｔ】Ｃ ＤＩＦＦ ＲＥ’１０Ｋ ＴＦ 器 ｛糍… ｊ ＿Ｉ
图７拟合未调焦的ＭＴＦ 图８拟合调焦后的ＭＴＦ
当外界环境温度降低时，红外光学镜片由于受到镜筒的挤压导致镜面面形发生了改变，同时
红外光学镜片自身的温度折射率系数发生改变，红外光学系统的成像质量将会严重下降。本文通
过利用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ分析得到了各镜片的变形云图及应力云图，并对变形后的镜面节
点数据进行处理，利用Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式拟合得到了镜片变形前与变形后的ＰＶ、ＲＭＳ值，将拟合
得到的Ｚｅｍｉｋｅ系数输入ＺＥＭＡＸ中对光学系统的成像质量重新进行了像质评价，并通过调焦补
偿重新找到最佳像＿面位置。红外光学系统易受温度的影响，在光学系统设计初期就要考虑温度这
一主要因素，因此，对红外镜头进行光机热集成分析可以综合反映温度变化对红外光学镜头各元
件及成像质量的影响。
参考文献：
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１５
红外线的特性与应用
红外线的特性与应用
红外线被称为“人类视线无法看见的光”，是一种在波长范围0.75至1000微米之间的电磁辐射。它在各种现代技术解决方案中发挥着重要作用。事实上，红外线技术具有广泛的应用前景。今天，我们将聊一聊红外线的特性和应用。
一、红外线的特性
1.穿透性
红外线具有比可见光更强的穿透性，尤其是在光线等级低于零的情况下。红外线透过云层、霾、烟雾等，具有在光学上无法完成的任务。这使得它在夜视、气象预报、动力系统诊断和水下作业等领域中非常有用。
2.反射性
光的反射性质通常指光线在两种介质间传播时，发生反弹的性质。红外线反射和可见光反射有很大不同。可见光在与物体碰撞时会因胶质部分的抗力而分散，并且部分被吸收。但是，红外线却可以滑过表面，顺着物体表面襟褶而去的某个方向，因此它能够被物体反映，形成影像，这使得热成像技术的出现得以实现。
3.辐射性
辐射是红外线最引人瞩目的特性。辐射分为热辐射和冷辐射两类。热辐射来自物体的热能，具有一定的温度或发光状态。它一般在10微米到1毫米的范围内。冷辐射通常是电子或原子之间的辐射。热辐射和冷辐射在遥感和灵敏度检查方面发挥了非常重要的作用。
4.谱性质
红外线的谱峰位随着物体的温度而变化。温度越高，谱峰位就越短，反之亦然。谱峰位可以用来计算温度和颜色。红外光谱分析技术可以对化学物质的特性进行检测和研究。
二、红外线的应用
1.检测技术
红外线热成像技术可以对热的分布和强度进行检测。这种技术可以应用于遥感、建筑、工具、人身体和植物等领域。红外成像技术可以检测不低于3摄氏度的微小温度变化，并且准确地确定它们。由于红外线成像技术不会被光线这种物理障碍所影响，它对工作时间和生产线的准确性都很有帮助。
2.通讯系统
由于可见光不能穿透障碍物，因此用红外线通讯系统可以在电线、光纤和卫星等远距离异地通信。红外线通讯技术被广泛应用于智能家居、室内定位和错误捕捉纠正等领域。
3.安全技术
红外光学系统成像分析与优化
红外光学系统成像分析与优化
在现代军事、工业、医学等领域中，红外成像技术已经得到了广泛的应用。红外成像技术可以通过检测目标物体在红外辐射区域中的辐射能量变化，来获取目标物体的信息，具有不受光照限制、探测距离远、具有隐蔽性等优点。红外光学系统是红外成像技术的载体，因此如何优化红外光学系统的成像质量，是红外成像技术研究中非常重要的问题。
一、红外光学系统成像原理
红外光学系统是由红外透镜、红外探测器、红外滤光片等部分组成。当被测物体所辐射的红外线射向红外透镜时，会通过透镜聚焦成像在红外探测器上，红外探测器会对红外物体辐射进行探测并将其转化成电信号，通过信号处理后将其转化成图像信号，从而实现对红外物体的成像。
在红外成像中，透镜的选择和设计成为影响成像质量的关键。透镜的质量和焦距可以影响红外成像的分辨率和透镜的成像能力，因此要根据具体情况选择合适的透镜材料和设计。同时，光机系统中还需要加入红外滤光镜，其作用是阻挡不同波长的红外光线，避免零件发热和热噪声干扰，同时也可以加强对红外辐射的探测和成像。
二、红外光学系统成像质量分析 在红外成像技术中，分辨率是反映成像质量的一个非常重要的指标。分辨率是指被测物体在红外成像中的最小可辨别细节，英语中称之为Modulation Transfer Function(简称MTF)，是评估系统性能的重要指标。且MTF曲线是描述成像质量一个具有详细的曲线，可以从理论和实验两方面描述成像质量表现情况。
同时，噪声也是影响红外光学系统成像质量的因素之一。在红外成像中，一些光学仪器和检测器将会发射高斯噪音，这些噪音会影响系统成像的信号质量，导致成像质量不可靠，因此在实际应用中还需要采用抑制系统噪声，以提高系统成像的性能。
三、红外光学系统成像优化策略
在红外光学系统中，优化透镜传递函数、优化光学系统结构等是提高成像质量的重要策略之一。优化透镜传递函数时，需采用透镜各个面的形状、曲率、孔径、玻璃材料等参数来构建一种最优化的传递函数，以达到最佳成像效果。此外，优化光学系统结构时，需通过选用适当的组件和优化布局，有效调整镜面精度、减少光学系统反射等问题，以降低影响成像质量的各种光学因素，从而提高红外光学系统的成像质量。
红外镜头的光机热集成分析研究
第３２卷第３期 ２０１１年５月 应用光学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖ０１．３２ Ｎｏ．３ Ｍａｖ ２Ｏ１１
文章编号：１００２—２０８２（２０１１）０３—０３８５—０４
红外镜头的光机热集成分析研究
李 福，阮 萍，徐广州，马小龙，杨建峰，卢
（中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安７１０１１９） 笛
摘 要：为了使红外镜头能够在宽的温度范围内工作，在红外光学系统的设计时就要充分考虑
热对光学性能的影响，并要进行光机热集成分析。论述了光机热集成分析方法及流程，并设计
了一个焦距．厂一２００ ｍｍ的冷光栏匹配的宽工作温度的红外镜头。建立了红外镜头的有限元模
型并进行了热力学分析，对分析的镜面变形结果数据进行了处理，得到各镜片间隔和面形变化，
代入光学软件得到了热环境对光学成像质量的影响。分析结果表明，对于一４Ｏ℃～＋６Ｏ℃红外
镜头的各个视场，１６线对的调制传递函数都大于０．５，具有良好像质。所设计的红外镜头结构
简单可行，能够满足设计要求。
关键词：红外镜头；集成分析；光机热；有限元
中图分类号：ＴＮ２１６ 文献标志码：Ａ
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ—ｔｈｅｒｍａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌｅｎｓ
ＬＩ Ｆｕ，ＲＵＡＮ Ｐｉｎｇ，ＸＵ Ｇｕａｎｇ—ｚｈｏｕ，ＭＡ Ｘｉａｏ—ｌｏｎｇ，ＹＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｆｅｎｇ，ＬＵ Ｄｉ （Ｘｉ’ａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣＡＳ，Ｘｉ’ａｎ ７１０１１９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ＳＯ ａｓ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｇｏｏｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ
热成像的原理
热成像的原理
一、热成像的概述
热成像是一种基于热辐射原理的非接触式测量技术，可以通过记录目标物体表面的红外辐射能量来生成热像。它不需要与目标物体直接接触，因此非常适用于无法靠近或直接观察的场景。热成像在军事、工业、医学和安防等领域具有广泛应用。
二、热成像的原理
热成像的原理基于热辐射定律以及红外辐射的特性。
2.1 热辐射定律
热辐射定律是指物体表面的辐射能量与其绝对温度的关系，由斯特藩-玻尔兹曼定律和维恩位移定律组成。
2.1.1 斯特藩-玻尔兹曼定律
斯特藩-玻尔兹曼定律描述了物体表面的辐射能量密度与其绝对温度之间的关系。该定律表明，物体表面单位面积的辐射能量密度与物体的绝对温度的四次方成正比。
2.1.2 维恩位移定律
维恩位移定律描述了物体表面的主要辐射波长与其绝对温度之间的关系。该定律表明，物体表面主要辐射波长与物体的绝对温度成反比。
2.2 红外辐射的特性
红外辐射是指波长范围在0.75μm至1000μm之间的电磁辐射，对应的频率范围在300GHz至400THz之间。红外辐射具有以下特性： 2.2.1 可见光透射率低
相比可见光，红外辐射在大气中的透射率较低，因此可以穿透一些可见光无法穿透的物质，例如烟雾、雾气和一些材料。
2.2.2 物体表面红外辐射能量
根据热辐射定律，物体的温度越高，其表面的红外辐射能量就越强。因此，可以通过红外辐射能量的检测来推断物体的温度。
三、热成像的技术
热成像技术主要通过红外相机来实现。红外相机可以将目标物体的热辐射能量转换成电信号，并将其转化为可视化的热像。
3.1 基本组成部分
3.1.1 红外探测器
红外探测器是红外相机的核心部件，用于接收目标物体发出的红外辐射能量，并将其转化为电信号。常用的红外探测器有热电偶、热电堆和铟镉锌汞等材料制成的探测器。
3.1.2 光学系统
光学系统用于将目标物体发出的红外辐射能量聚焦到红外探测器上。光学系统包括透镜、滤波器和光学补偿组件等。
红外热像仪的组成及原理
红外热像仪的组成及原理
红外热像仪（Infrared Thermal Imagers），是一种能够侦测和显示红外辐射热图像的设备。它采用红外探测器，通过检测目标物体所发出的红外辐射，将其转化成电信号，并经过处理后在屏幕上显示出热图像。红外热像仪的组成主要包括光学系统、红外探测器、信号处理系统和显示系统等。
1. 光学系统
红外热像仪的光学系统主要包括透镜、孔径、滤波器等组件。透镜用于收集目标物体发出的红外辐射，并将其聚焦在红外探测器上；孔径用于控制光线的进入角度和量，以提高红外辐射的清晰度和准确性；滤波器则用于屏蔽掉可见光和大部分的可见光带来的干扰，使只有红外辐射能够通过。
2. 红外探测器
红外探测器是红外热像仪的核心部件，主要用于将目标物体发出的红外辐射转化为电信号。根据不同的工作原理，红外探测器可分为热电偶型（Thermoelectric
detector）、热电效应型（Pyroelectric detectors）、半导体型（Semiconductor
detectors）和焦平面型（Focal plane array detector）等。
热电偶型红外探测器是最早应用于红外热像仪的一种探测器，它通过将红外辐射能量转化为温度变化，并进一步转化成电压信号。热电偶型探测器具有较高的灵敏度和稳定性，但响应速度较慢，适用于静态热像图像的获取。
热电效应型红外探测器则基于热电功效，它通过检测目标物体在光照辐射下产生的温度变化，将红外辐射转化为电荷信号。热电效应型探测器具有较快的响应速度和较低的噪声水平，适用于动态或高速热像图像的获取。
半导体型红外探测器是一种基于半导体材料特性的探测器，如铜锗（CuGe）和硬脂酸铟（InSb）等。它利用材料的半导体能带结构和载流子浓度的变化来接收红外辐射，并将其转化成电信号。半导体型探测器具有高灵敏度、快速响应以及较宽的波段范围。
焦平面型红外探测器（Focal Plane Array Detector）是当前红外热像仪中最常见的探测器。它由大量微小的红外探测单元（Pixel）组成的阵列，并每个像素都能独立感受红外辐射，形成一个红外探测器阵列。焦平面型探测器具有高灵敏度、快速响应、高分辨率以及能够实时显示的优点，广泛应用于各个领域。
红外线扫描原理
红外线扫描原理
红外线扫描是一种利用红外线技术对目标进行非接触式探测和成像的方法。其原理基于热辐射，利用物体的红外辐射特性来获取相关信息。
红外线是电磁波的一种，其波长介于可见光和微波之间。物体在温度不为零时，会通过热辐射以红外线的形式向外发射能量。红外辐射的强度和波长分布与物体的温度以及表面特性有关。红外扫描仪利用这一原理，通过接收和处理物体发出的红外辐射，可以获得物体表面的温度和热分布情况。
红外线扫描的设备主要由红外传感器、光学系统和图像显示系统组成。红外传感器是红外线扫描的核心部件，其能够对红外辐射进行感应并将其转化为电信号。光学系统包括透镜和光学滤波器，用于聚焦红外辐射和滤除其他干扰光线。图像显示系统则将传感器接收到的电信号转化为可视化的图像，使用户能够直观地观察物体的红外热分布情况。
在红外线扫描过程中，传感器将对被扫描物体的所有表面进行快速而连续的扫描。通过对每个像素点的红外辐射进行采集和处理，可以得到物体表面的温度分布图像。这些图像可以帮助人们观察物体的热特性，识别温度异常区域，甚至用于辨别物体的类型和材料。红外线扫描在许多领域应用广泛，如建筑物热工学研究、医学诊断、安防监控等。
总的来说，红外线扫描利用红外辐射特性来获取物体的温度和热分布情况。通过采集、处理和显示红外辐射信号，可以得到具有温度信息的图像，为人们提供了一种非接触式的热成像手段。
红外热成像测温范围-概述说明以及解释
红外热成像测温范围-概述说明以及解释
1.引言
1.1 概述
本文主要介绍了红外热成像测温范围的重要性。随着科技的不断进步，红外热成像技术在温度测量领域得到了广泛应用。红外热成像测温技术通过检测目标物体发出的红外辐射来获取其表面温度分布情况，具备非接触、快速、准确、远距离等优点，因此在军事、工业、医疗、建筑等领域得到了广泛的应用。
红外热成像测温的范围主要受到红外热像仪的工作波长和光谱响应范围的限制。一般情况下，红外热像仪的工作波长范围为3μm到14μm，这也是目前常见红外热成像仪的工作波段。在这个波长范围内，红外辐射能量较高，且受到大气吸收较小，因此红外热成像技术在这个范围内具有较高的分辨率和测温精度。
红外热成像测温范围的确定要根据具体的应用需求来确定。一般来说，红外热成像技术可以测量的温度范围从低温到高温都可以覆盖，例如从-40到2000。但是需要注意的是，在测量极端温度时，可能需要使用不同的红外热成像仪或进行特殊的设置。
在工业领域，红外热成像测温范围的确定非常重要。不同的行业和应用场景对红外热成像仪的温度测量范围有不同的要求。例如，在冶金行业需要测量高温炉内的温度，而在电子行业需要测量电子元器件的温度。因此，了解和确定红外热成像测温范围对于合理选择和应用红外热成像技术具有重要意义。
总之，红外热成像测温范围对于红外热成像技术在各个领域的应用具有重要影响。了解红外热成像测温范围的限制和确定方法，有助于选择和应用合适的红外热成像仪，并提高温度测量的准确性和可靠性。
1.2 文章结构
文章结构部分的内容可以包括以下内容：
文章结构的目的是为读者提供对整篇文章的整体概览，使读者能够更好地理解和阅读文章的内容。本文将按照以下顺序介绍红外热成像测温范围的相关内容。
首先，在引言部分，我们将对整篇文章进行概述，简单介绍红外热成像测温技术的背景和意义，并解释文章的目的。
接下来，在正文部分，我们将详细介绍红外热成像技术及其原理。首先，我们将介绍红外热成像技术的基本原理和工作原理，包括红外辐射的产生、传播和接收；然后，我们将详细介绍温度测量的基本原理，包括热辐射的特性、红外像素的工作原理以及温度测量的算法和误差分析。
红外二次成像无热化光学系统设计与实测
第４２卷第ｌ２期 Ｖｏ１．４２ ＮＯ．Ｉ２ 红外与激光工程 Ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１３年ｌ２月 Ｄｅｃ．２０１３
红外二次成像无热化光学系统设计与实测
于洋，蹇毅，潘兆鑫，金亚平，汤心溢
（中国科学院上海技术物理研究所，上海２０ＯＯ８３）
摘 要：阐述了．ｓ－次成像红外光学系统相比于一次成像红外光学系统而言，对温度变化更加敏感的特
点及其影响，讨论了基于光学被动式无热化原理的二次成像红外光学系统的设计方法。不仅给出了设计
的一个红外制冷型二次成像光学系统的实例，还对该无热化镜头进行了实际加热对比成像试验，并给出
了成像测试结果。设计结果表明：该系统在一４０℃～＋８０℃的温度范围内，像质接近衍射限，最佳像面变化
量在一倍焦深范围之内，焦距变化率低，实现了光学被动式无热化。实际测试结果显示，所设计的二次成
像无热化光学系统，具有良好的无热化能力，高温环境下无需调焦依然清晰成像。
关键词：红外； 二次成像； 光学被动式； 无热化设计； 实测结果
中图分类号：ＴＮ２１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７—２２７６（２０１３）１２—３１８０—０５
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｅｓｔ－ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｒｅ－ｉｍａｇｉｎｇ ａｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｆｒａｒｅｄ
ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ
Ｙｕ Ｙａｎｇ，Ｊｉａｎ Ｙｉ，Ｐａｎ Ｚｈａｏｘｉｎ，Ｊｉｎ Ｙａｐｉｎｇ，Ｔａｎｇ Ｘｉｎｙｉ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｒｅ－ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｑｕｉｔｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，
ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｍｍｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ａｎｄ
红外线的特征及应用
红外线的特征及应用
红外线是电磁辐射的一种，波长范围从0.75微米到1000微米。红外线在自然界和科学技术领域具有广泛的应用。其特征和应用主要有以下几个方面。
首先，红外线具有穿透性。相较于可见光，红外线具有更强的穿透能力，可以穿透一些不透明材料。这使得红外线在检测和传输领域有着广泛的应用。例如，红外线可以被用来检测材料的厚度、结构以及其中的缺陷。同时，红外线还可以用于红外通信，如红外线遥控器，红外通信系统等。
其次，红外线在测温领域有着重要的应用。由于物体的温度和其辐射的热辐射强度成正比，因此可以通过测量物体辐射出的红外线强度来确定其温度。这种原理被广泛应用于医疗、工业和军事等领域。例如，医疗领域中的体温计就是利用红外线来测量人体的体温。此外，红外热像仪广泛应用于建筑、电力、安全等行业，用于检测设备的热量分布、故障等。
第三，红外线在红外光谱学中有着重要的作用。红外光谱学是一种常用的物质结构分析方法，可以通过红外光谱图谱来确定物质的结构和成分。物质在红外区的吸收、散射和透射都可以提供关于物质性质和结构的信息。这使得红外光谱学成为有机化学、无机化学、生物化学等研究领域的基础工具。
第四，红外线在军事和安全领域有着广泛的应用。由于红外线具有穿透力强、无声、无光、难以探测等特点，使其在军事侦察、监视和导航等方面有着重要的作用。红外线夜视仪和红外热像仪广泛应用于军事设备和警用设备中，用于夜间观察和目标探测。此外，红外线还可以用于安全系统，如入侵报警系统、人员识别系统等。
第五，红外线还被广泛应用于医学诊断和治疗。红外线能穿透组织并被吸收，因此可以通过红外成像等方法来观察体内组织的状况。红外线成像技术在肿瘤的早期检测、血液循环的观察和疾病的诊断等方面有着重要应用。同时，红外线激光具有较强的穿透力和组织温升效应，可以用于医学治疗，如激光手术、热疗等。
综上所述，红外线具有穿透性强、适用于测温、广泛应用于红外光谱学、军事和安全领域以及医学诊断和治疗等特点和应用。随着科技的发展和研究的深入，红外线在各个领域中的应用将会得到进一步扩展和创新。
红外光学系统内部热辐射引起的杂散辐射分析
第２８卷第６期 ２００６年６月 红外技术 Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｂ１．２８ Ｎｏ．６ Ｊｕｎｅ ２００６
红外光学系统内部热辐射引起的杂散辐射分析
黄强，钮新华，沈学民
（中国科学院上海技术物理研究所，上海２０００８３
摘要：利用ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ杂散光分析软件，建立一个空间光学系统光学机械结构模型。计算这个系统内 部各机械表面辐射能量到达像面的辐射能量的大小，判断出关键表面；通过比较在四种不同的发射率
情况下，像面接收到各个表面杂散辐射量的变化规律，得到有用的分析结果来对这个系统提出了初步
的措施抑制，并且可以指导其他类似系统的分析和设计。 关键词：ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ；光学系统；热辐射；杂散光抑制
中图分类号：ＴＮ２１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１．８８９１（２００６）０６．０３４８．０５
Ｓｔｒａｙ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｃａｕｓｅｄ ｂｙ Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｈｅａｔ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ
ｉｎ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ
ＨＵＡＮＧ ｑｉａｎｇ，ＮＩＵ Ｘｉｎ－ｈｕａ，ＳＨＥＮ Ｘｕｅ－ｍｉｎ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００８３，Ｃｈ／ｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｌ，ｗａｒｅ ｏｆ ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ，ａ ｓｐａｃｅ－ｕｓｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｓ ｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅ ｈｅａｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｒｅａｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｐｌａｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｓｕｒｆａｃｅｓ ｉｓ ｃｏｍｐｕｔｅｄ．Ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｏｂｊｅｃｔｓ ａｒｅ ｔｈｅｎ ｊｕｄｇｅｄ．Ａｆｔｅｒ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒａｙ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｐｌａｎｅ ｗｉｔｈ ｆｏｕｒ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｍｉｔｔａｎｃｅ ｒａｔｅｓ，ｓｏｍｅ ｕｓｅｆｕｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｓｏｍｅ ｂａｓｉｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ