Инфракрасная система зум-объективов для обнаружения целей

Инфракрасная система зум-объективов для обнаружения целей

Резюме

В этой статье описывается инфракрасный (ИК) гаджет с зум-объективом, предназначенный для обнаружения сигнатур ракет на длинах волн от 8 до 13 Bin.

Инфракрасная система зум-объективов для обнаружения целей
В этой статье описывается инфракрасный (ИК) гаджет с зум-объективом, предназначенный для обнаружения следов ракет на длинах волн от 8 до 13 Bin. Дополнительное обсуждение будет касаться философии оптического дизайна, касающейся этого конкретного вопроса. При проектировании оптической системы самый важный вопрос: «С чего начать?» Ответ на этот вопрос окажет большое влияние на успешный исход кампании, поскольку отправная точка ограничивает область, в которой будет решена проблема дизайна. Количество элементов линзы и соответствующих степеней свободы должно быть достаточным для достижения желаемого результата без усложнения конструкции. Выбор материала также может стать ключевым фактором в этом решении, поскольку характер цвета во многом зависит от выбора материала.

1.1.Требования

Требование состоит в том, чтобы оптическая система высокого разрешения (1 мрад) с ограничением дифракции находилась в диапазоне длин волн от 8 до 13, работающая при диафрагме f/2 и пропускании более 50 процентов. Три различных режима линз с увеличением 3:1 должны охватывать детектор диаметром 9,525 мм для трех различных наборов целевой дальности и области обзора (FOV). Диапазон фокусных расстояний составляет от 37,7 до 113,28 мм, а соответствующее поле зрения составляет от ±7,19 до ±2,41 ступени. Размер и вес препятствий являются дополнительными параметрами, ограничивающими планировку.

1.2.Тип оптической системы

Полностью отражающий гаджет будет наилучшим образом соответствовать требованиям спектральной полосы пропускания, поскольку в нем отсутствует хроматическая аберрация. В настоящее время в литературе описано одно такое устройство.1 Рефракционная оптическая машина с осознанием установки может быть спроектирована так, чтобы ограничивать дифракцию для любого заданного набора ситуаций. Затем можно поочередно спроектировать и установить 3 такие конструкции для замены одной на другую, чтобы охватить 3 единицы целевого разнообразия и поля зрения. Противоположная возможность — зум-объектив, который позволит безостановочно переходить из одного режима в любой другой. Для этой системы может потребоваться многоэлементное оптическое устройство с несколькими механизмами перемещения объектива с помощью системы масштабирования. Идея зум-объектива была реализована с целью минимизировать размеры и вес оптического устройства при сохранении диафрагмы. Требование.

1.3.Типы зум-объективов

Зум-объективы компенсируются подходами: штатным и оптическим. Внутри зум-объектива с механической компенсацией переносящие добавки перемещаются по диапазону зума в нелинейной зависимости, взаимно восхищаясь друг другом. В зум-объективе с оптической компенсацией сдвиговые элементы связаны между собой вместе и перемещаются как единое целое в диапазоне масштабирования. Несмотря на то, что зум-объективы с оптической компенсацией имеют более простой механизм, они также имеют тенденцию быть длиннее (чем объективы с обычной компенсацией). Кроме того, механическая компенсация сохраняет единообразное изображение местоположения самолета на протяжении всего масштабирования, в то время как с оптической компенсацией фотография становится точной и удобной при дискретных положениях масштабирования. Механическое возмещение было выбрано для этого коммунального предприятия из-за ограничений по срокам, вызванных проблемами с упаковкой.

1.4.Отправная точка

Разработчик оптики должен выбрать наиболее вероятную отправную точку из следующих возможных альтернатив:

1) коммерчески доступная, готовая оптическая система;

2) ранее разработанная оптическая система собственной разработки;

3)линза, описанная в патентах или другой литературе;

4) раствор для тонких линз.

В данном конкретном случае ответ на тонкую линзу стал выбранным как отправная точка после того, как первые три варианта были отстранены от внимания. Коммерчески доступные системы ИК-объективов с зумом не отвечают уникальным требованиям к коэффициенту масштабирования и диафрагме. Для этого программного обеспечения. Это также реальные конструкции ИК-объективов с зумом, описанные в патентах2,3 и различной литературе. Как оказалось, подход с тонкими линзами был довольно прост в разработке и реализации.

1,5. Свойства первого порядка

Асимметричный афокальный телескоп с единичной энергией можно построить, поместив отрицательную линзу посередине между равными тонкими линзами так, чтобы линзовое устройство работало с единичным увеличением. Если среднюю линзу сместить вдоль оси из среднего положения в обоих ходах, увеличение поменяется торопливо. Схематически такое афокальное устройство показано на рис. 1. Одну из внешних линз следует сдвинуть с кулачками, чтобы сохранить афокальную настройку устройства. Этот вид насадки с трансфокатором описан Рудольфом Кингслейком в статье об усовершенствовании зум-объектива. устройства представлены на рис. 2 в виде увеличения.

В качестве отправной точки для этой конструкции использовалась афокальная насадка перед фиксированной линзой визуализации. Коэффициент масштабирования 3:1 достигается за счет перехода от увеличения 1/'/J к V5", с единичным увеличением в среднем положении (рис. 3). Поместив диафрагменный ограничитель позади движущихся элементов, можно можно поддерживать постоянное диафрагменное число в плоскости изображения без переменной диафрагмы.

1.6.Оптимизация компьютера


Оценка приложений оптической схемы для оптических систем инфракрасного типа была представлена на предыдущем техническом симпозиуме SPIE.10 Компьютерное приложение Дэвида Грея особенно хорошо подходит для программ с зум-объективами. Его программа оптимизации зум-объективов с роботизированной компенсацией (MZOOM) была применена для точной конструкции этого зум-объектива. Это очень мощное приложение, которое оптимизирует 9 конкретных положений во всем диапазоне масштабирования и одновременно поддерживает фиксированную плоскость фотографии по всему диапазону. Потребитель может ввести граничные ситуации для управления такими параметрами, как допустимое виньетирование, толщина линзы и нормальная продолжительность работы машины. Границы толщины и расстояния для устройства с единичным фокусным периодом, используемого Греем при оптимизации, показаны в Таблице III. Размерный коэффициент в миллиметрах в значащей системе равен 109,98, фокусная длительность ввода рецепта. Таблица начального и конечного фокусных расстояний деталей линзы, представленная в таблице IV, предполагает, что программному обеспечению оптимизации было разрешено отклоняться от начальных афокальных свойств первого порядка, чтобы найти исключительное решение проблемы. Это также можно увидеть из сравнения начального и конечного разделения унифицированных линз, показанного на рис. Четыре(а) и четыре(б). Общий период афокального элемента был увеличен на 19,0 мм для достижения более высокой стабильности остаточных аберраций во всем диапазоне масштабирования. Наиболее эффективно для оптимизации машины потребовалось несколько значительно более дешевых прогонов от начала до конца.

2. Выводы


В этой статье описывается простое, но мощное оптическое устройство с зум-объективом для ИК-излучения, обеспечивающее разрешение 1 мрад для всех условий использования. Этот зум-объектив полезен для обнаружения целей в широком диапазоне условий эксплуатации, поскольку плоскость изображения обычно сохраняется во всем диапазоне масштабирования. Проблемы допуска были представлены для сохранения четкости сознания, поскольку компоненты масштабирования меняются в зависимости от увеличения.


Дополнительно предложен способ оптической компоновки. Положение компьютера было сформулировано как мощное вычислительное устройство, которое служит дополнением концептуальных и аналитических способностей, которые дизайнер привносит в свое задание.


Quanhom's является профессиональным производителем инфракрасной оптики на заказ и линз LWIR .   MWIR-объективы , тепловизионные камеры и производитель системных компонентов. От простых узлов инфракрасных линз до сложных и надежных оптико-механических и электрооптических узлов. Мы не только предоставляем базовые продукты, но также стремимся предоставлять комплексные услуги по индивидуальной настройке. Наши универсальные решения сложных задач в области обороны, безопасности и коммерческих приложений признаны клиентами по всему миру. Благодаря инновационному проектированию, индивидуальному проектированию, оценке и изготовлению оптических систем наша многоязычная команда (английский, испанский, итальянский и русский) обеспечивает бесперебойную связь от начала проекта до его завершения. От консультирования до конечного производства каждый год реализуется около 60 проектов. Талантливая команда Quanhom создала множество историй успеха для различных приложений, таких как тепловизионные прицелы для наружного и оборонного использования, тепловизионные монокуляры/бинокли, пограничная и прибрежная безопасность, морское применение и инфракрасная полезная нагрузка БПЛА.


3. Ссылки


1. Вёль, М.Е., Опт. англ. 20(3), 450 (1981).


2. Альтман Р.М. и Розенблатт Дж.Дж. из Hughes Aircraft Company, Оптическая система с зум-объективом для инфракрасных волн, патент США № 3825315 (23 июля 1974 г.).


Нойес, генеральный директор Hughes Aircraft Company, длинноволновый инфракрасный афокальный зум-телескоп, патент США № 3947084 (30 марта 1976 г.). Нойес, Г.Р., Учеб. ШПИОН 131, 24 (1978).


Джеймисон, TH, Опт. Закон 18(1), 17 (1971).


Кокс А. Система оптического проектирования, с. 463, Focal Press, (1964).


Кингслейк Р., Журнал SMPTE 69, 534 (1969).


Уэлфорд, В.Т., Аберрации симметричной оптической системы, с. 141, Академик Пресс (1974).


Ридл, М.Дж., Проектирование электрооптических систем, 58 (ноябрь 1974 г.). Юргенс Р.К. и Манн А., Proc. ШПИОН 131, 28 (1978).


Пакет компьютерной оптики Дэвида Грея Associates (COP) Справочное руководство MZOOM для зум-объективов с механической компенсацией, Genesee Computer Center, Inc., Рочестер, Нью-Йорк (июнь 1980 г.).


Смит, В.Дж., Современная оптическая техника, стр. 426, Макгроу-Хилл, Нью-Йорк (1966).