نظام عدسة تكبير بالأشعة تحت الحمراء للكشف عن الأهداف

نظام عدسة تكبير بالأشعة تحت الحمراء للكشف عن الأهداف

ملخص

توضح هذه المقالة أداة عدسة تكبير تعمل بالأشعة تحت الحمراء (IR) مصممة لاكتشاف توقيعات الصواريخ بأطوال موجية تتراوح من 8 إلى 13 بن.

نظام عدسة تكبير بالأشعة تحت الحمراء للكشف عن الأهداف
توضح هذه المقالة أداة عدسة تكبير تعمل بالأشعة تحت الحمراء (IR) مصممة لاكتشاف توقيعات الصواريخ عند أطوال موجية تتراوح من 8 إلى 13 بن. ستشمل المناقشة الإضافية فلسفة التصميم البصري فيما يتعلق بهذه القضية بالذات. عند تصميم النظام البصري، فإن السؤال الأهم هو: "من أين تبدأ؟" سيكون للإجابة على هذا السؤال تأثير كبير على النتيجة الناجحة للحملة، حيث أن نقطة البداية تحد من المنطقة التي سيتم حل مشكلة التصميم فيها. يجب أن يكون عدد عناصر العدسة ودرجات الحرية المقابلة لها كافيًا لتحقيق النتيجة المرجوة دون إضافة المزيد من التعقيد. يمكن أن يكون اختيار المادة أيضًا عاملاً أساسيًا في هذا القرار، حيث أن طبيعة اللون تعتمد بشكل كبير على اختيار المادة.

1.1.المتطلبات

المتطلبات هي أن تكون البصريات ذات الحيود القريب مقيدة وعالية الدقة (1 مراد) داخل محيط بطول موجي من 8 إلى 13 تعمل بمعدل f/2 مع إرسال يزيد عن 50 بالمائة. هناك 3 أوضاع عدسة مميزة تعمل على نطاق تكبير 3:1 لتغطية كاشف بقطر 9.525 مم لثلاث مجموعات مميزة من النطاق المستهدف ومنطقة الرؤية (FOV). نطاق الطول البؤري هو 37.66 ملم إلى 113.28 ملم ومجال الرؤية المقابل هو ±7.19 طبقة إلى ±2.واحد وأربعون مرحلة. عوائق الحجم والوزن هي معلمات إضافية تقيد التخطيط.

1.2 نوع النظام البصري

من شأن الجهاز العاكس تمامًا أن يلبي متطلبات النطاق الترددي الطيفي نظرًا لعدم وجود انحراف لوني. تم تعريف أحد هذه الأجهزة هذه الأيام في الأدبيات.1 يمكن تصميم آلة بصرية انكسارية ذات وعي محدد لتكون مقيدة الحيود لأي مجموعة معينة من المواقف. يمكن بعد ذلك تصميم وتركيب 3 من هذه الهياكل واحدة تلو الأخرى لتحل محل بعضها البعض لتغطية الوحدات الثلاث من التنوع المستهدف ومجال الرؤية. والاحتمال المعاكس هو عدسة التكبير التي تسمح بالتحويل من وضع إلى أي وضع آخر دون توقف. قد يتطلب هذا النظام جهازًا بصريًا متعدد العناصر مع آليات قليلة لانتقال العدسة عبر مجموعة التكبير/التصغير المتنوعة. تم اتباع فكرة عدسة التكبير لتقليل أبعاد ووزن الجهاز البصري مع الحفاظ على f/no. متطلبات.

1.3 أنواع عدسات التكبير

يتم تعويض عدسات التكبير بطرق: بشكل روتيني وبصري. داخل عدسة التكبير المعوضة ميكانيكيًا، تنتقل الإضافات المتحركة عبر نطاق التكبير في علاقة غير خطية مع الإعجاب ببعضها البعض. داخل عدسة التكبير المعوضة بصريًا، ترتبط عناصر التحول معًا وتتحرك كوحدة واحدة من خلال مجموعة التكبير المتنوعة. على الرغم من أن عدسات التكبير التي يتم تعويضها بصريًا توفر آلية أسهل، إلا أنها تميل أيضًا إلى أن تكون أطول (من تلك التي يتم تعويضها بشكل روتيني). بالإضافة إلى ذلك، يحافظ التعويض الميكانيكي على صورة متسقة لموقع الطائرة طوال عملية التكبير/التصغير، بينما، مع التعويض البصري، تكون الصورة في موضع الاهتمام الدقيق فقط في مواضع التكبير/التصغير المنفصلة. تم اختيار السداد الميكانيكي لهذا التطبيق بسبب القيود الزمنية التي تفرضها مشكلات التغليف.

1.4 نقطة البداية

يجب على المصمم البصري اختيار نقطة البداية الأكثر احتمالية من بين البدائل الممكنة التالية:

1) نظام بصري متاح تجارياً وجاهز للاستخدام؛

2) نظام بصري داخلي مصمم مسبقًا؛

3) عدسة موصوفة في براءات الاختراع أو الأدبيات الأخرى؛

4)محلول عدسة رقيقة.

في هذه الحالة تحديدًا، تم تحديد إجابة العدسة الرقيقة كنقطة البداية بعد تأجيل الخيارات الثلاثة الأولى من الاهتمام. لم تستوف أنظمة عدسات التكبير/التصغير التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء المتوفرة تجاريًا المتطلبات الفريدة لنسبة التكبير/التصغير ورقم البؤرة. لهذا البرنامج. وهذا أيضًا هو هياكل عدسة تكبير الأشعة تحت الحمراء الفعلية الموضحة في براءات الاختراع، 2،3 والأدبيات الأخرى. أربعة'6 كما تبين، كان أسلوب العدسة النحيفة سهل التصميم والتنفيذ.

1.5. خصائص الدرجة الأولى

يمكن بناء تلسكوب بؤري غير متماثل لوحدة الطاقة بمساعدة وضع عدسة سلبية في منتصف المسافة بين العدسات الدقيقة المتساوية بحيث يعمل جهاز العدسة عند وحدة التكبير. إذا تم تحريك العدسة الوسطى إلى جانب المحور من الموضع الأوسط في كلا المسارين، فسيتم تبادل التكبير بسرعة. تظهر هذه الأداة البؤرية بشكل تخطيطي في الشكل 1. ويجب دفع إحدى العدسات الخارجية بالكاميرا للحفاظ على الضبط البؤري للجهاز. تم وصف هذا النوع من مرفقات التكبير/التصغير من خلال Rudolf Kingslake في بحث حول تحسين عدسة التكبير/التصغير.7 تم توفير معلمات الدرجة الأولى لمرفق تكبير بؤري 3:1 المحدد في ورقة Kingslake في المكتب الأول. تتحرك العدسة في هذا تم رسم الجهاز في الشكل 2 كخاصية للتكبير.

تم استخدام ملحق بؤري أمام عدسة تصوير ثابتة كنقطة انطلاق لهذا التصميم. يتم تحقيق نسبة التكبير/التصغير 3:1 بالانتقال من التكبير l/'/J إلى التكبير الموحد v/ith في الموضع الأوسط (الشكل 3). ومن خلال وضع فتحة العدسة خلف العناصر المتحركة، يتم تحقيقها من الممكن الحفاظ على رقم بؤري ثابت على مستوى الصورة بدون قزحية متغيرة.

1.6 تحسين الكمبيوتر


تم تقديم تقييم لتطبيقات التخطيط البصري للأنظمة البصرية من نوع الأشعة تحت الحمراء في ندوة تقنية سابقة لـ SPIE. يعد تطبيق David Gray للكمبيوتر الشخصي مناسبًا بشكل خاص لبرامج عدسات التكبير. تم تطبيق برنامج التحسين الخاص به لعدسات التكبير المعوضة آليًا (MZOOM) على التصميم الدقيق لعدسة التكبير هذه. إنه تطبيق قوي تمامًا يعمل على تحسين 9 مواضع محددة عبر نطاق التكبير/التصغير بشكل متزامن مع الحفاظ على مستوى صورة ثابت فوق النطاق الكامل. يمكن للمستهلك إدخال المواقف الحدودية للتحكم في معلمات مثل التظليل المسموح به وسمك العدسة ومدة الماكينة العادية. يوضح الجدول III حدود السُمك والتباعد لجهاز الفترة البؤرية للوحدة الذي يستخدمه اللون الرمادي في التحسين. عامل الأبعاد بالملليمتر للنظام الرئيسي هو 109.98، المدة البؤرية للوصفة الطبية المدخلة. تشير جدولة الأطوال البؤرية لتفاصيل البداية والنهاية للعدسة الواردة في الجدول الرابع إلى أنه تم السماح لبرنامج التحسين بالابتعاد عن خصائص الدرجة الأولى البؤرية الأولية لتحديد الحل الاستثنائي للمشكلة. ويمكن ملاحظة ذلك أيضًا من خلال المقارنة بين عمليات فصل العدسات الموحدة الأولية والنهائية الموضحة في الشكلين. أربعة (أ) وأربعة (ب). تم السماح بزيادة الفترة العامة للعنصر البؤري بمقدار 19.0 ملم لتحقيق استقرار أعلى لبقايا الانحراف على مدى التكبير. لقد استغرق الأمر بعض عمليات التشغيل الأرخص بشكل واضح من البداية إلى النهاية لتحسين الماكينة.

2. الاستنتاجات


وصفت هذه الورقة أداة بصرية بسيطة ولكنها قوية لعدسة تكبير للأشعة تحت الحمراء والتي توفر دقة 1 مراد لجميع ظروف الاستخدام. تعد عدسة التكبير/التصغير هذه مفيدة لاكتشاف الأهداف عبر مجموعة كبيرة من ظروف التشغيل نظرًا لحقيقة أن مستوى الصورة عادةً ما يكون واعيًا عبر نطاق التكبير/التصغير بأكمله. تم عرض مشكلات التسامح للحفاظ على الوعي الحاد لأن مكونات التكبير تتدفق لتداول التكبير.


بالإضافة إلى ذلك تم توفير طريقة طريقة التخطيط البصري. لقد تم تحديد مكانة الكمبيوتر كجهاز حسابي قوي يعمل على استكمال القدرات المفاهيمية والتحليلية التي يجلبها المصمم إلى مهمته.


Quanhom's هي شركة متخصصة في تصنيع بصريات الأشعة تحت الحمراء المخصصة لعدسات LWIR ،   عدسات MWIR وكاميرات التصوير الحراري والشركة المصنعة لمكونات النظام. بدءًا من التجميعات الفرعية البسيطة لعناصر عدسات الأشعة تحت الحمراء وحتى التجميعات الميكانيكية والكهربائية الضوئية المعقدة والمتطورة والموثوقة. نحن لا نقدم المنتجات الأساسية فحسب، بل نحن أيضًا ملتزمون بتوفير خدمات التخصيص الشاملة. إن حلولنا الشاملة للتحديات المعقدة في مجالات الدفاع والأمن والتطبيقات التجارية معترف بها من قبل العملاء في جميع أنحاء العالم. من خلال التصميم المبتكر والهندسة المخصصة وتقييم النظام البصري والتصنيع، يضمن فريقنا متعدد اللغات (الإنجليزية والإسبانية والإيطالية والروسية) التواصل السلس منذ بداية المشروع وحتى اكتماله. بدءًا من الاستشارات وحتى الإنتاج النهائي، يتم تنفيذ ما يقرب من 60 مشروعًا كل عام. أنشأ فريق Quanhom الموهوب العديد من قصص النجاح لتطبيقات مختلفة مثل مشاهد التصوير الحراري للاستخدام الخارجي والدفاعي، ومناظير/مناظير التصوير الحراري، وأمن الحدود والأمن الساحلي، والتطبيقات البحرية، وحمولات الأشعة تحت الحمراء للطائرات بدون طيار.


3. المراجع


1. وول، نحن، اختيار. م. 20(3)، 450 (1981).


2. ألتمان آر إم وروزنبلات جي جي من شركة هيوز للطائرات، النظام البصري لعدسة التكبير للأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء، براءة الاختراع الأمريكية رقم 3,825,315 (23 يوليو 1974).


نويز، مدير عام شركة هيوز للطائرات، تلسكوب تكبير بؤري يعمل بالأشعة تحت الحمراء طويل الموجة، براءة الاختراع الأمريكية رقم 3,947,084 (30 مارس 1976). نويز، جي آر، بروك. SPIE 131، 24 (1978).


جاميسون، TH، التفاضل. قانون 18(1)، 17 (1971).


كوكس، أ.، نظام التصميم البصري، ص. 463، الصحافة البؤرية، (1964).


Kingslake، R.، مجلة SMPTE 69، 534 (1969).


ويلفورد، وت، انحرافات النظام البصري المتماثل، ص. 141، الصحافة الأكاديمية، (1974).


ريدل، إم جي، تصميم الأنظمة الكهروضوئية، 58 (نوفمبر 1974). يورجنز، RC ومان، A.، بروك. SPIE 131، 28 (1978).


David Gray Associates Computer Optics Package (COP) الدليل المرجعي MZOOM لعدسات التكبير ذات التعويض الميكانيكي، مركز جينيسي للكمبيوتر، روتشستر، نيويورك (يونيو 1980).


سميث، دبليو جي، الهندسة البصرية الحديثة، ص. 426، ماكجرو هيل، نيويورك (1966).