بنية النظام البصري للأشعة تحت الحمراء
- حصة
- وقت مسألة
- 2024/9/19
ملخص
يمكن تقسيم الهياكل البصرية بالأشعة تحت الحمراء التقليدية إلى ثلاثة أنواع: الانكسارية والعاكسة والانعكاسية الانكسارية. يمكن تقسيم الهياكل البصرية بالأشعة تحت الحمراء الحديثة إلى ثلاثة أنواع: نظام هجين انكساري حيودي، ونظام ثلاثي المرايا خارج المحور، ونظام بصري مزدوج مجال الرؤية.
يمكن تقسيم الهياكل البصرية بالأشعة تحت الحمراء التقليدية إلى ثلاثة أنواع: انكسارية ، وعاكسة ، وكاتادوبترية . يمكن تقسيم الهياكل البصرية بالأشعة تحت الحمراء الحديثة إلى ثلاثة أنواع: نظام هجين انكساري-حيودي ، ونظام ثلاثي المرايا خارج المحور ، ونظام بصري مزدوج مجال الرؤية .
1. نظام بصري تقليدي بالأشعة تحت الحمراء - الانكسار
يمكن أن يتكون النظام البصري الانكساري من عدسة واحدة أو عدسات متعددة، حيث تشتمل مواد العدسات بشكل أساسي على الجرمانيوم والسيليكون وسيلينيد الزنك وزجاج الكالكوجينيد. ومن خلال استخدام التصوير ثلاثي المراحل في الأنظمة الانكسارية، يمكن تصميم نظام بصري مدمج.
المزايا: جودة صورة ثابتة، ضوء ضال منخفض، مجال رؤية كبير
العيوب: فتحة صغيرة نسبيًا، ونطاق عمل ضيق، وانحرافات
التطبيقات: مناسبة لأنظمة البحث والتتبع بالأشعة تحت الحمراء للبحث المتحرك في المساحات الأكبر، والأبراج الضوئية الإلكترونية، وأجهزة الأشعة تحت الحمراء، وأجهزة البحث بالأشعة تحت الحمراء وغيرها من الأنظمة.
2. نظام بصري تقليدي بالأشعة تحت الحمراء - عاكس
يتكون النظام البصري العاكس من مرآة أساسية ومرآة ثانوية. المرآة الثانوية محدبة، تسمى نظام كاسيجرين، والمرآة الثانوية مقعرة، تسمى نظام جريجوريان. مقارنة بالهياكل الانكسارية، يتطلب النظام البصري بالأشعة تحت الحمراء العاكس عناصر بصرية أقل ويستخدم مبدأ انعكاس المرآة لطي مسار الضوء.
المزايا: لا يوجد انحراف لوني، عناصر أقل، وزن خفيف، نطاق عمل واسع، سهولة إزالة الفرق الحراري، إلخ.
العيوب: معالجة وتجميع معقدان، مجال رؤية صغير، قدرة ضعيفة على تصحيح الانحراف، لا يمكن القضاء إلا على انحرافين في نفس الوقت (مثل القضاء على الانحراف الكروي والغيبوبة في نفس الوقت)
التطبيقات: أجهزة قياس الإشعاع، وأجهزة التصوير بالأشعة تحت الحمراء الموجهة للأمام، وأجهزة الاستشعار الليدار، والتلسكوبات ذات الفتحة الكبيرة، وأنظمة توجيه الصواريخ، وما إلى ذلك.
3. نظام بصري تقليدي بالأشعة تحت الحمراء - نظام بصري انكساري
يعتمد النظام البصري الكاتيوبتري على مرايا كروية مدمجة مع عناصر انكسارية. ونظرًا لأن المرايا الأولية والثانوية في النظام البصري الكاتيوبتري تشترك في معظم القوة البؤرية الضوئية، فإنه مناسب للتصميم غير الحراري. بالإضافة إلى ذلك، يقلل المسار البصري المطوي من حجم العدسة وكتلتها، مما يجعل طول النظام أقصر من طوله البؤري.
المزايا: هيكل مضغوط، فتحة كبيرة نسبيًا، طول بؤري طويل، جودة صورة جيدة، مواتية للتحلل الحراري، إلخ.
العيوب: انسداد في المركز، التفتيش والتعديل المعقد
التطبيق: يمكن استخدامه في أنظمة البصريات تحت الحمراء ذات الفتحة الكبيرة والبعد البؤري الطويل، مثل التصميم المضاد للتداخل للباحثين عن الأشعة تحت الحمراء، وأنظمة البصريات تحت الحمراء لتتبع وتحديد هدف الدبابة، وما إلى ذلك.
4. نظام بصري حديث جديد للأشعة تحت الحمراء - نظام هجين انكساري حيودي
النظام الهجين الانكساري-الانكساري هو نظام بصري يجمع بين العناصر البصرية الانكسارية والعناصر البصرية الانكسارية. يتم تصنيع العناصر البصرية الانكسارية (DOE) باستخدام تقنيات الحفر النانوية الدقيقة على سطح العدسة لنقش نمط بصري ثنائي، مما يخلق توزيعًا ثنائي الأبعاد للوحدات الانكسارية، مما يشكل عدسة انكسارية-انكسارية ذات سطح مزدوج.
المزايا: حجم صغير، وزن خفيف، حرية تصميم عالية، العديد من متغيرات التحسين، إزالة جيدة للانحراف الحراري واللوني
التطبيق: تم تصميم نظام التكبير البصري ثنائي النطاق لتحقيق التكبير في نطاقات مختلفة، مما يوفر مرونة ونطاق تطبيق أكبر، وهو مناسب لتصوير المسح وأنظمة الأشعة تحت الحمراء المتقدمة (FLIR).
※يمكن تقسيم DOE عادةً إلى تشكيل الشعاع، وتقسيم الشعاع، والضوء المنظم، والتركيز المتعدد، وأنواع أخرى خاصة من توليد الشعاع.
5. نظام بصري جديد حديث بالأشعة تحت الحمراء - نظام ثلاثي المرايا خارج المحور
يعتمد تصميم الأنظمة البصرية ثلاثية المرايا غير المحورية على نظرية جاوس البصرية. يبدأ التصميم بنظام ثلاثي المرايا المحورية ويحقق نظامًا مركزيًا خاليًا من العوائق من خلال الانحراف عن محور الفتحة أو مجال الرؤية، أو مزيج من الاثنين.
هناك طريقتان رئيسيتان لحل مشكلة حجب المركز: وضع الفتحة على المرآة الثانوية وإمالة المجال لتجنب العائق، حيث تظل الفتحة على المحور؛ أو وضع الفتحة على المرآة الأساسية، حيث تكون الفتحة خارج المحور.
المزايا: لا يوجد انحراف لوني، لا طيف ثانوي، نطاق عمل واسع، سهولة تحقيق فتحة كبيرة، مجال رؤية كبير، أداء جيد للمقاومة الحرارية، هيكل بسيط، خفيف الوزن، معالجة فعالة لمشكلة الانسداد المركزي وتقديم العديد من متغيرات التحسين، وتحسين مجال الرؤية وجودة الصورة
التطبيقات: استكشاف الفضاء، والاستشعار عن بعد الأرضي، والطيران، والفضاء، والإضاءة، والعرض وغيرها من المجالات
6. نظام بصري جديد بالأشعة تحت الحمراء - نظام مجال رؤية مزدوج
هناك طريقتان رئيسيتان للتصميم لأنظمة التصوير بالأشعة تحت الحمراء ذات مجال الرؤية المزدوج: النوع القابل للتبديل (القابل للإدخال) والحركة المحورية.
(1) نظام بصري قابل للتبديل (قابل للإدخال) : ستقوم أنظمة مجال الرؤية المختلفة بتبديل مجموعات عدسات تكبير مختلفة لتغيير البعد البؤري للنظام البصري. مع زيادة تطبيق عناصر الحيود، يمكن إدخال عناصر الحيود في أنظمة بصرية ذات مجال رؤية مزدوج بالأشعة تحت الحمراء لتبسيط بنية النظام وتقليل الوزن وجعل النظام بأكمله أكثر إحكاما. توفر أنظمة التكبير خفيفة الوزن القابلة للتبديل تكوينات متنوعة، بما في ذلك المكونات الناقلة والعاكسة المحورية والعاكسة خارج المحور. لتلبية متطلبات التكبير عالي الدقة وعالي السرعة، يتم استخدام محركات دوارة عالية السرعة ومحددات ميكانيكية لتحقيق إدخال وإزالة مجموعات العدسات البصرية.
المزايا : التبديل السريع لمجال الرؤية، ودقة أعلى للمحور البصري، ونقل أفضل
العيوب : أبعاد جانبية أكبر، مما يؤدي إلى بنية أقل إحكاما بشكل عام، واتساق أقل للمحور البصري
(2) نظام بصري للحركة المحورية : يغير النظام طوله البؤري عن طريق ضبط التباعد المحوري لمجموعات العدسات. عندما تكون حركة المكون في وضع الخط الصلب، يكون النظام في وضع مجال رؤية واسع مع طول بؤري فعال قصير. وعلى العكس من ذلك، عندما يكون في وضع الخط المنقط، يكون النظام في وضع مجال رؤية ضيق مع طول بؤري فعال طويل.
المزايا: نظام بصري مدمج وبسيط، وثبات المحور البصري
العيوب: عدم وضوح مستوى الصورة أثناء التكبير، وسهولة فقدان كائن التتبع
في الواقع، يعد نظام مجال الرؤية المزدوج نظام تكبير بسرعتين مع تبديل سريع لمجال الرؤية. في وضع التركيز القصير، يمكن لمجال الرؤية الكبير البحث عن الأهداف في المشهد؛ وفي وضع التركيز الطويل، يمكن لمجال الرؤية الصغير التقاط الأهداف ومراقبتها.
التطبيقات: مناسبة للمراقبة ثنائية النطاق، وأنظمة الأشعة تحت الحمراء الموجهة للأمام (FLIR)، واكتشاف الهدف، وتتبعه. في التطبيقات العملية، يتم اعتماد نظام الحركة المحورية المزدوجة مجال الرؤية على نطاق واسع بسبب جودة التصوير الجيدة وقابلية التطبيق.
تتمتع أنظمة الأشعة تحت الحمراء التقليدية بميزة مشتركة تتمثل في البنية البسيطة. ومع التطور المستمر لأنظمة الأشعة تحت الحمراء، تم تقديم متطلبات جديدة وأعلى مثل الفتحة الكبيرة، والبعد البؤري الطويل، والدقة المكانية العالية، والعزل الحراري، مما يكشف عن حدود الأنظمة التقليدية.
تتضمن أنظمة البصريات تحت الحمراء الحديثة الجديدة تقنيات جديدة مثل البصريات الثنائية، والبصريات التكيفية، والاستخدام العقلاني للأسطح غير الكروية أو الحيودية، أو تغيير بنية النظام الحالي. ومن المهم للغاية اختيار بنية النظام البصري تحت الأحمر الجديدة المناسبة وفقًا للمتطلبات الفنية المختلفة في المستقبل.