小视场红外探头标定用离轴反射式平行光管设计

　　地球张角是衡量准直式红外地球模拟器精度的重要指标，而小视场红外探头是标定地球模拟器张角的关键部件，为测试小视场红外探头的视场，采用平行光管与两轴转台相结合的方案对其视场进行标定[1]。本文所设计的离轴反射式平行光管仅作为提供光源的一种载体，为标定被测探头的视场提供准直光源。

　　1 小视场红外探头视场标定原理

　　视场标定装置如图 1 所示。离轴反射式平行光管 1 由离轴抛物面镜 6 和平面反射镜 5 组成，在平行光管的焦点处放置一个小孔光阑 3，小孔光阑的后面为调制器 2 和黑体 1，两者的作用是使光管产生一定张角的调制平行光。在两轴转台 7 上放置被测小视场红外探头 8，探头为红外望远镜头，平行光在探头焦面上的热敏电阻上成像(热成像)，使探头输出电压信号。当成像在视场边界上时，输出值为峰值的 50%左右，由此可确定视场边界。

　　2 平行光管方案的确定

　　透射光学系统由于受到光学材料的限制，很难做到大口径和轻量化设计，反射式系统受材料限制小，便于轻量化，完全没有色差，各种波长光线所成的像是严格一致完全重合的，可以在紫外到红外的很大波长范围内工作，传输能量大，系统透过率高。所以拟采用反射式系统。

　　而在球面反射镜和非球面反射镜两种方案中，球面反射镜仅有一个参数R决定其面形，它在系统中当光阑位于球心时，不产生像散，球差也很小。非球面其面形是由几个参数决定的，能使平行光束完善地会聚于一点，但加工难度大。由于被测件精度要求较高，所以选用抛物面反射镜，为保证反射面不变形，中心厚度应取厚一些。

　　为使抛物面反射镜的焦点正好在光轴上，同时光管要求在有效孔径内不能被遮挡，所以要从大的抛物面镜中偏离光轴切割出所需孔径，这样便成为离轴式抛物面反射镜[2]。

　　离轴的特点使平行光管成像不会产生很大的模糊，这一特点是非常有价值的，主要是由于发射或接收的信号都没有被遮拦。偏斜的反射镜为平板式，对从红外平行光管出射的光束进行重导，整个反射镜的光学特性较为成功。

　　该光管作为准直光源使用，其原理是在光管离轴抛物面反射镜焦点处放置一光源，其发出的一束光入射到平面反射镜后，经反射投射到离轴抛物面反射镜上，然后形成具有一定准直精度的平行光。

　　实际使用中，红外光源是不可能放在焦点处的，通常采用在焦点处放置光阑孔，用具有足够张角的红外光源照亮，从而形成等效光源。光阑孔的大小就是抛物面反射镜焦点上的光源直径的大小，它决定光管出射的平行光的张角。