التصميم الأمثل للكاميرا لعدسة التكبير

إن التطور السريع في التصميم البصري وتكنولوجيا التصنيع، وتكنولوجيا تصنيع الآلات الدقيقة، وتكنولوجيا تصنيع CCD، والتكنولوجيا الإلكترونية، جنبًا إلى جنب مع تباين مجال الرؤية (البعد البؤري) لعدسة التكبير، يجعل عدسة التكبير تستخدم على نطاق أوسع. .

في الوقت الحاضر، تعتمد عدسة التكبير عمومًا على هيكل بصري للتعويض الميكانيكي، وعدد المكونات المتغيرة هو في الغالب مجموعتان أو أكثر. يعد التصميم البصري لعدسة التكبير والتصميم الهيكلي لآلية حركة التكبير أمرًا صعبًا.

يعد تحسين كاميرا التكبير/التصغير هو المفتاح لتحقيق هدف التصميم البصري وأخيرًا تحقيق عدسة التكبير/التصغير. كما يجب أن يراعي تصميم عدسة التكبير العسكرية سلاسة حركة التكبير وسرعة عملية التكبير. تتناول هذه المقالة بشكل أساسي طريقة تحسين كاميرا عدسة التكبير من نوع التعويض الميكانيكي ذات العنصر المتغير.

المتطلبات الفنية الرئيسية

وفقًا لمتطلبات التطبيق الفعلية، فإن مؤشرات التصميم الرئيسية لعدسة التكبير هي كما يلي:

(1) الكتلة: m1500g؛

(2) البعد البؤري هو 24～120ram، ووقت التكبير الكامل هو 6s±1s؛

(3) الحد الأقصى للفتحة النسبية المكافئة هو 1:4.0؛

(4) وظيفة النقل البصري:

0 مجال الرؤية: MTF≥0.6(21lp/مم)

مجال الرؤية 0.71: MTF≥0.5 (15lp/mm)؛

(5) لا يزيد إزاحة مستوى الصورة أثناء التكبير عن ±0.1 مم؛

(6) لا يزيد إزاحة المحور البصري أثناء التكبير عن ±0.12 مم.

تحسين كاميرا التكبير

ويبين الشكل 1 الهيكل البصري لعدسة التكبير. تعتمد العدسة نظام تعويض ميكانيكي مكون من مكونين متغيرين مع تكبير متغير للمجموعة السلبية وتعويض المجموعة الإيجابية.

تحتوي مجموعة التكبير ذات الهيكل الفردي المزدوج ومجموعة تعويض الهيكل الفردي على مراسلات فردية بين المواضع المتحركة ويجب التحكم فيها بواسطة آلية كاميرا معقدة. من الناحية النظرية، يمكن الحفاظ على مستويات الصورة لجميع الأطوال البؤرية متسقة.

بعد تحسين المعلمات البصرية لعدسة التكبير وتحديدها بواسطة التصميم البصري، يجب حساب سلسلة من نقاط بيانات الكاميرا المقابلة لبعضها البعض. يعد حساب بيانات الكامة شرطًا أساسيًا للتصنيع الدقيق للكاميرات الميكانيكية. يجب تحديد كمية البيانات عن طريق التجربة.

ومن أجل التأكد من دقة الكامة وسلاسة وسرعة حركة التكبير، يجب أن يكون طول خطوة خط الكامة بين 002 و0.05 ملم. وفي الوقت نفسه، ينبغي أن تكون زاوية الارتفاع لمجموعتي منحنيات الكامة صغيرة قدر الإمكان ومتوازنة.

هناك العديد من الطرق لحساب الكاميرا، لكن برمجة لغة الماكرو Macro-PIUS مطلوبة في برنامج التصميم البصري CODE V. يرد أدناه جزء من برنامج الماكرو الذي تم تجميعه أثناء عملية تحسين الكاميرا. باستخدام هذا البرنامج، يمكن استخدام برنامج التصميم البصري CODE V لتحقيق تحسين الكاميرا لعدسة تكبير مستمرة مكونة من عنصرين متغيرين.

باستخدام الجسم الرئيسي للبرنامج، تم تحسين الأنواع الثلاثة من الكاميرات ومقارنتها بعدسة التكبير المستمر المطورة.

(1) زاوية الكاميرا لها علاقة خطية مع البعد البؤري

الشكل 2 عبارة عن رسم تخطيطي لنتيجة تحسين منحنى الكامة إلى علاقة خطية بين زاوية دوران الكامة وتغيير الطول البؤري. تتميز الكاميرا المصممة بزاوية رفع صغيرة عند البعد البؤري المتوسط والطويل، لكن زاوية الرفع المحلية في نطاق 15 ملم عند نهاية البعد البؤري القصير كبيرة تصل إلى 67 درجة، مما يجعل قيادة الكاميرا صعبة وعزم القيادة غير متوازن، لذا فإن طريقة التحسين هذه غير مجدية.

(2) زاوية الكامة لها علاقة خطية مع الفاصل الزمني المتغير

الشكل 3 عبارة عن رسم تخطيطي لنتيجة تحسين منحنى الكامة إلى علاقة خطية بين زاوية دوران الكامة وفاصل الهواء المتغير. تتمتع الكاميرا المصممة بزوايا رفع مقبولة في الأطوال البؤرية المتوسطة والقصيرة، ولكن زاوية الرفع المحلية في نطاق 20 مم من البعد البؤري الطويل أكبر، تصل إلى 56 درجة، وهو ما لا يفضي إلى قيادة الكامة وتوازن عزم الدوران الديناميكي. هذه الطريقة غير مستحسنة.

(3) كاميرا تكبير هجينة محسنة

من خلال الجمع بين مزايا طريقتي تحسين الكاميرا الخطية الموضحتين في الشكل 2 والشكل 3 في التصميم، يتم استخدام الكاميرا للمعالجة الهجينة، ويتم استخدام الطول البؤري القصير والطول البؤري الأوسط لمعالجة التغيير الخطي بفواصل زمنية متغيرة، والطول البؤري الطويل يستخدم البعد البؤري لمعالجة التغيير الخطي للبعد البؤري.

وبعد المحاولة، تم الحصول على كاميرا هجينة كما هو موضح في الشكل 4. زاوية الرفع الكاملة للكاميرا السلبية أقل من 38 درجة، وزاوية الرفع القصوى المحلية لكاميرا الحركة هي 39 درجة. زوايا الرفع للكامات تتطابق بشكل جيد، حركة الكامة سلسة في كل مكان وعزم دوران القيادة متوازن، لذلك تم اعتماد طريقة التحسين هذه.

في عملية تحسين الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه من الكاميرات، يعتمد منحني الكامات على سطح مشترك محدد، ويتم تحقيق رسمها تلقائيًا عن طريق تشغيل برنامج الماكرو Macro-PLUS المصنوع ذاتيًا من خلال وظيفة خيار UGR الخاصة بـ CODEV.

يتم تحديد طول الدوران حسب القطر المتوقع وزاوية الدوران المتوقعة للكاميرا. نظرًا لأن الطول المحوري لمجموعة التكبير ومجموعة التعويض للنظام قصير جدًا، فإن الهيكل الميكانيكي لمجموعة التكبير ومجموعة التعويض له قطر كبير نسبيًا.

من أجل ضمان سلاسة حركة التكبير/التصغير، تعتمد الكاميرا طريقة "محرك القطر المزدوج" لدفع حركة مجموعة التكبير/التصغير ومجموعة التعويض. ولذلك، بعد النظر في قوة المكونات الميكانيكية للكامة، تم اعتماد زاوية دوران الكامة المتوقعة بمقدار 160 درجة.

تم تطبيق نتيجة الكاميرا الهجينة المحسنة في الشكل 4 عمليًا في مجموعتي عدسات التكبير التي تم تطويرها. تُظهر الاختبارات مثل الفحص البصري والاهتزاز ودرجات الحرارة العالية والمنخفضة والاستخدام الفعلي نجاح التصميم البصري وتحسين الكاميرا لعدسة التكبير.

يُظهر التشغيل التجريبي لبرنامج الماكرو Macro-PLUS الذي قمت بتجميعه بنفسي لنقاط بيانات الكاميرا المختلفة والتصميمات البصرية المختلفة المكونة من مكونين أن الإجراء وطريقة التحكم الخاصة بالبرنامج مناسبة تمامًا لتصميم تحسين الكاميرا للمكونات الأخرى التي يتم تعويضها ميكانيكيًا عدسات التكبير.

عدسة Quanhom ذات التكبير البصري المستمر LWIR مع توازن الفتحة وخفيفة الوزن والتكاليف، مثالية للمراقبة والأمن بعيد المدى، وتدعم تنسيق SXGA (1280x1024 12μm). كخبير درس عدسات التكبير بالأشعة تحت الحمراء لسنوات عديدة، يمكن لـ Quanhom أن يقدم لك نصيحة احترافية إلى حد ما.

Quanhom هي شركة تصنيع المكونات الكهروميكانيكية البصرية مع سنوات عديدة من الخبرة. بفضل تكنولوجيا البحث والتطوير الممتازة وموقف التصنيع الصارم، أصبحنا رائدين في هذه الصناعة. نحن مجهزون بنظام فحص الجودة الاحترافي وفريق إدارة شامل للتحكم في جميع الجوانب بدءًا من تصنيع المنتجات وحتى التصدير. وفي الوقت نفسه، سوف نقوم أيضًا بتزويد المستخدمين بخدمة متكاملة مدروسة وحلول فعالة. إذا كنت مهتمًا بعدسة التكبير بالأشعة تحت الحمراء، يرجى الاتصال بنا على الفور!

المؤلفون: Junhe Meng، Zhen Zhang، Xingwen Sun (معهد تيانجين للفيزياء التقنية، تيانجين 300192)

مصدر المجلة : المجلد. 31 العدد 1، هندسة الأشعة تحت الحمراء والليزر، فبراير 2002

تاريخ الاستلام: 2001-05-23 تاريخ المراجعة: 2001-10-12

نبذة عن المؤلف: جونهي منغ (1963-)، ذكر، من تيانجين، باحث، مدرس ماجستير، يعمل بشكل رئيسي في أبحاث التصميم البصري، ونشر أكثر من 10 أوراق بحثية.

مراجع:

[1] الدليل المرجعي لـ CODE V من شركة Optical Research Associates[M]. كاليفورنيا: أورا．1999.9-29～9-34.

[2] 王之江،光学技术手册(上册)[M]،北京:机械工业出版社،l987．1119-1166.

[3] 袁旭沧، 光学设计[M]،北京:北京理工大学出版社．1988.276-280.

[4] 张以谟،应用光学(下册)[M]،北京:机械工业出版社．1982.148-168.

[5] 李士贤,李林,光学设计手册[M],北京理工大学版杜,1996.

[6] 电影镜头设计组،电影摄影物镜光学设计[M]،北京中国工业出版社．1971.167-259.

[7] 常群، 光学设计文集[M]، 北京:科学出版社،1976.16-76.

[8] 陶纯堪،变焦距光学系统设计[M]، 北京:国防工业出版社،1989.

[9] 帕霍莫夫；白淑惠 变焦距系统[M]، 北京:国防工业出版社، 1980.

[10] تم إصداره في 1987.

[11] 王子余،几何光学和光学设计[M]،浙江:浙江大学出版社،1989.