无人机红外探测与可见光的地面目标搜索（无人机吊舱光电红外镜头的应用）

日前，无人机（UAV）行业正在快速增长，Teal Group分析称，未来十年全球无人机的市场份额将抵达1,350亿美圆。无人机市场主要由国防、政府和商业应用组成。在国防和政府范畴，无人机被用于军事和警用监视、边境管制、安全以及搜救行动。据不完好统计，2009年至2017年初期间， 美国至少有347个执法和应急管理机构运用了无人机伎俩。在商业无人机市场，需求不时在持续增长，配备光电载荷的商用无人机在电力巡线、石油管道巡检、消防、以及其他基础设备方面发挥着突出的作用。

光电载荷是无人机（UAV）系统的重要组成部分。无人机光电载荷普通由可见（Visible）、红外（IR）、激光（Laser）等传感器组成，以满足系统平台全天时、全天候的运用需求，特别是红外组件，曾经成为光电载荷的标配。随着红外探测器的阵列FPA范围越来越大，像素尺寸越来越小，成像质量好、体积小、重量轻、且适用于无人机平台的红外镜头成为最大限度地进步红外组件成像性能的关键。

固然红外探测器分辨率的进步能够相应地进步其成像性能， 但假设不最大限度地进步镜头成像质量，探测器的高分辨率优势不能完好得到释放。另外，在光学受限（Optics-limited）的系统中，镜头的成像质量是最重要的一个指标，即使运用最好的探测器，劣质镜头也会产生劣质图像。为了匹配这些高性能红外探测器，必需经过更圆满的设计及更严厉的公差控制完成最小像差的红外镜头。另外，镜头的焦距还需求尽量长，以提升其空间分辨率，便于光电载荷平台可以在远距离观察到具有细节丰厚的目的。

另外，无人机光电载荷开发具有自身特性，其有效载荷需求思索大小、重量和功耗三个要素（Swap，Size，Weight and Power consumption）。无人机有效载荷，特别是对小型商用无人机，尺寸与重量的恳求愈加苛刻。为了使UAV的飞行时间最大化，必需降低能耗以减少燃料的运用。

由此而来，红外镜头面临的应战是设计和消费紧凑、轻量化的镜头，体积小是最为关键的。当然，这些都是以图像性能不受影响为前提。

满足这些光学需求，需求有一定特性的技术处置方案，这些技术方案包括创新的光学和机械设计，先进的材料，先进的光学加工技术，以致需求共同的透镜膜层。

金刚石车削（Diamond Turning）技术可用于制造高精度的非球面及具有特殊环带的衍射面，采用金刚石车削技术制造的光学透镜曾经在红外镜头中普遍应用。在非球面基底上附着的衍射面可以集成多种像差校正才干，如色差和球差校正。另外，金刚石车削可以将多个透镜元件组合在一同，从而减小整体尺寸和重量。

高性能红外多视场或连续变焦镜头，是减少其尺寸和重量的另一种方法。多视场或连续变焦镜头比运用多个单一视场的镜头更小、更轻。此外，连续变焦镜头允许在执行任务的过程中根据需求恣意改动倍率，可以更灵活、更出色地完成任务。

耐用、高效增透的膜层也能进步镜头的光学性能的关键，并且不会对镜头的大小或重量带来影响。高效透镜膜层经过减少剩余反射以减少传输损耗，并且可以抑止镜头的内外部干扰，提升图像对比度。先进的镀膜技术可以用来消费特制的膜层。在提升光学性能的同时，这些膜层还需求可靠的环境顺应性。

优秀的光学处置方案是无人机光电载荷平台的关键，最大限度地进步成像质量，同时又需求具有SWaP的特性。随着无人机技术的展开和无人机需求的增加，光学将继续发挥重要作用。