مثال تصميمي للعدسات الضوئية ذات مجال الرؤية الفائق بالأشعة تحت الحمراء

في ما سبق، تحدثنا بشكل أساسي عن خصائص التصميم للعدسة البصرية بالأشعة تحت الحمراء ذات مجال الرؤية الفائق. ستجمع هذه المقالة بين ميزات التصميم هذه لتقديم أمثلة تصميمية محددة حتى يتمكن الجميع من الشعور بشكل حدسي وتحليل أداء مجال الرؤية الفائق للعدسة الضوئية التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء.

ويرد أدناه مثال تصميم محدد، والمتطلبات المحددة هي كما يلي:

1. متطلبات تخطيط مجال الرؤية

(1) نطاق الربط في مجال الرؤية: المجال الجوي الكروي 4π

(2) عدد العدسات البصرية: 6

(3) يكون مجال رؤية عدسة بصرية واحدة ثابتًا

(4) لا يقل معدل التداخل في مجال رؤية العدسة المجاورة عن 4 درجات

(1) عدد البكسل: 1024 × 1024

(2) حجم البكسل: 15 ميكرومتر

(3) و/#: 2

(1) الطول الموجي: 3.7～4.95 ميكرومتر

(2) إضاءة مجال رؤية الحافة≥90%

(3) عدم انتظام مجال الرؤية ±±5%

(4) MTF: ≥0.4(@33lp/mm)

(5) تقارب الطاقة: ≥60% (15 ميكرومتر)

(6) نطاق درجة الحرارة المتجانسة: -55~70 درجة مئوية

(7) طول العدسة: 70 مم

وفقًا لمتطلبات مجال الرؤية، يمكن الحصول على الحد الأدنى لمجال رؤية التصميم للنظام البصري عن طريق الحساب التكراري العددي وهو 116 درجة. في هذا الوقت، يظهر في الشكل 5 مجال رؤية التصوير الفعال لكل عدسة بصرية على مستوى صورة الكاشف، ويتداخل مجال الرؤية المحسوب. الحد الأدنى للمعدل هو 4 درجات، والحد الأقصى هو 12.7 درجة، والبكسل معدل الاستفادة من الكاشف هو 96.5%.

كاشف الأشعة تحت الحمراء هو نوع التبريد. من أجل تحقيق كفاءة الفتحة الباردة بنسبة 100% ومجال رؤية كبير، يجب أن يعتمد النظام البصري التكوين البصري الموضح في الشكل 3؛ للتأكد من أن الدقة الزاوية غير المتجانسة لكل بكسل في مجال الرؤية الكامل هي ± ± 5%، تعتمد طريقة الإسقاط h = f θ؛ يستخدم غيبوبة الحجاب الحاجز لإدخال عدد كبير من التظليل السلبي خارج المحور لتحسين الإضاءة عند حافة مجال الرؤية؛ من أجل تلبية جودة الصورة الممتازة للنظام البصري في نطاق −55～70 ℃، اعتمد نظام التصميم السلبي البصري Atermalized.

يظهر الشكل 6 مخطط المسار البصري الأمثل النهائي. يستخدم النظام أربع عدسات فقط لتحقيق تصميم موحد بدون أسطح حيادية؛ هيكل مدمج، يبلغ طول العدسة الإجمالي 69 مم؛ من بينها، الأجزاء الهيكلية البصرية والميكانيكية قابلة للتشكيل وخفيفة الوزن. مع الأخذ في الاعتبار القدرة على التكيف البيئي، تم اختيار سبائك الألومنيوم 7075، مع معامل تمدد حراري يبلغ 23.6×10−6 /°C.

يظهر الشكل 8 درجة تقارب الطاقة لبكسل واحد (15 ميكرومتر) للنظام البصري عند 20، −55، 70 درجة مئوية. ويمكن أن نرى من الشكل أن تركيز الطاقة لبكسل واحد في كامل مجال الرؤية موحد في نطاق من -55 إلى 70 درجة مئوية. أكثر من 75%.

 

يظهر الشكل 9 تحليل تشويه النظام البصري والاستبانة الزاوية. المنحنى الأحمر هو منحنى التشوه f - θ، والمنحنى الأخضر هو منحنى الاستبانة الزاوي. يمكن أن نرى من الشكل أن الحد الأقصى للانحراف للدقة الزاوي لكل بكسل في مجال الرؤية الكامل (±58 درجة) هو 2.5%.

في برنامج التصميم البصري CODEV، يتم استخدام إعداد التسامح الافتراضي للتحليل، وتظهر النتيجة في الشكل 10. ويمكن أن نرى من الشكل أن التفاوتات في كل مجال رؤية في اتفاق جيد. عند محاذاة الفضاء 33 دورة/مم، هناك احتمال 97.7% أن يكون MTF لمجال الرؤية الكامل في الاتجاه السهمي أفضل من 0.42، وMTF لمجال الرؤية الكامل في اتجاه الزوال أفضل من 0.4 .

بناء على الخبرة، تلبية متطلبات الاستخدام. في برنامج محاكاة الضوء الشارد Tracepro، تم إنشاء نموذج محاكاة المسار البصري المعاكس للانعكاس البارد، كما هو مبين في الشكل 11 (أ)، ويبين الشكل 11 (ب) توزيع الإضاءة التي يتلقاها سطح الصورة المقابل لمحاكاة المسار البصري؛ يوضح الشكل 11 (ج) توزيع فرق درجة الحرارة المكافئ في نطاق العمل لسطح الصورة. عادةً ما يكون نظام NETD حوالي 25 مللي كيلو.

يمكن أن نرى من الشكل أن الحد الأقصى لفرق درجة الحرارة المكافئ للانعكاس البارد هو 17.3 مللي كلفن، وهو أقل من نظام NETD، والانعكاس البارد يلبي متطلبات الاستخدام.

يتم استخدام العدسات الضوئية ذات مجال الرؤية الفائق بالأشعة تحت الحمراء، والتي يزيد مجال رؤيتها بشكل عام عن 90 درجة، بشكل أساسي في الجيش للتحذير والإشارة إلى الصواريخ القادمة أو أهداف التهديد بالأشعة تحت الحمراء. إنه منتج إلكتروني عسكري مهم. بالمقارنة مع بصريات الأشعة تحت الحمراء التقليدية، فإن مجال الرؤية الفائقعدسة بصرية بالأشعة تحت الحمراء لديه العديد من الخصائص المختلفة. يتم تقديم أمثلة التصميم المحددة في المقالة، والتي لها أهمية توجيهية معينة لتصميم هذا النوع من النظام البصري.

إذا كنت تريد معرفة المزيد عن هذا بعد قراءة ما ورد أعلاه. باعتبارنا خبيرًا في مجال العدسات البصرية بالأشعة تحت الحمراء، يمكن لشركة Quanhom أن تقدم لك مجموعة متنوعة من النصائح المهنية.

Quanhom هي شركة تصنيع محترفةالمكونات الكهروميكانيكية البصرية، نحن ملتزمون بإنتاج العديد من عدسات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء (بما في ذلك LWIR وMWIR وSWIR). لدينا فريق إنتاج ذو خبرة ونظام صارم لفحص الجودة لإجراء اختبارات وفحوصات صارمة على جودة منتجاتنا، والتي نالت الثناء بالإجماع من العديد من العملاء. نحن دائمًا نضع احتياجات العملاء في المقام الأول ويمكننا أن نوفر للعملاء تكنولوجيا الحلول الفعالة والخدمة الشاملة المدروسة، إذا كنت مهتمًا بالعدسات الضوئية بالأشعة تحت الحمراء، فيرجى الاتصال بنا على الفور!

[1] تشانغ يوانشنغ. تطوير نظام التحذير الكهروضوئي المحمول جواً [J]. الإلكترونيات والبصريات والتحكم، 2015، 22(6): 52−55. (باللغة الصينية)

[2] هوانغ فويو، شين شيويجو، هي يونغ تشيانغ، وآخرون. تحليل أداء نظام التصوير واسع النطاق المستخدم للكشف عن الأهداف الفضائية [J]. هندسة الأشعة تحت الحمراء والليزر، 2015، 44(10): 3134−3140. (باللغة الصينية)

[3] يانغ شينغجي. تصميم بصري لنظام تصوير واسع الزاوية بالأشعة تحت الحمراء ذو طول موجي عالي الدقة ومبرد [J]. اكتا أوبتيكا سينيكا، 2012، 32(8): 0822003. (باللغة الصينية)

[4] هيرش الأول، شكيدي إل، تشين د، وآخرون. كاشف MWIR هجين ثنائي اللون لأنظمة التحذير من الصواريخ المحمولة جواً [C]// Proceedings of SPIE,2012, 12: 83530H1-12.

[5] تاو تشي، وانغ مين، شياو ويجون، وآخرون. تصميم لنظام بصري هجين انكسار وحيود الأشعة تحت الحمراء ثنائي النطاق مبرد للحرارة ومجال رؤية واسع [J]. اكتا فوتونيكا سينيكا، 2017، 46(11): 1122004. (باللغة الصينية)

[6] أوسكوتسكي. عدسة MWIR F-Theta واسعة الزاوية: روسيا، 236344A1[P].2018.

[7] تشن تشن، هو تشونهاي، لي ويشان، وآخرون. طريقة حساب الإضاءة النسبية لمستوى صورة العدسة [J]. اكتا أوبتيكا سينيكا، 2016، 36(11): 1108001. (باللغة الصينية)

[8] تشونغ شينغ، تشانغ يوان، جين غوانغ. تحسين توحيد الإضاءة للنظام البصري واسع المجال [J]. اكتا اوبتيكا سينيكا