تصميم نظام بصري للتكبير المستمر ومزدوج الارتباط بالأشعة تحت الحمراء طويل الموجة

الشكل 1: رسم خريطة لنظام التكبير المزدوج الارتباط

نسبة التكبير للنظام هي:

في الصيغة: f1 وf2 وf3 وf4 هي الأطوال البؤرية للمكونات الأول والثاني والثالث والرابع على التوالي، وd12 هو الفاصل الزمني الأولي بين المكونين الأول والثاني، وd23 هي المسافة بين المكونين الثاني والثالث . الفاصل الزمني الأولي بين d34 هو الفاصل الأولي بين المكونين الثالث والرابع.

تكبيرات مجموعة التكبير ومجموعة التعويض هي:

أولاً، قم بإعطاء القيم الأولية المقيسة: f3، d23، d34، خذ β3=-1، β2، β4=1 أو β2=-1، β3=1، β4=1 لحساب البنية الأولية للنظام.

الكاشف: تبريد 640×512؛

حجم البكسل: 15 ميكرومتر؛

نطاق العمل: 7.7μm～9.5μm؛

الرقم البؤري: 2.24؛

الطول البؤري: 30 ملم ~ 360 ملم؛

قطر النظام: ≥180 مم؛

الطول الإجمالي للنظام: ≥320 مم.

اضبط المقربة كوضع البداية، خذ القيمة الطبيعية: f3=1، d23 هي الأقصر في المقربة، ويكفي للتأكد من أن العدسات لا تلمس بعضها البعض، خذ 0.05، اضبط المقربة على d34=1.5 ، خذ β3 =-1، β2β4=1 قم بإجراء حساب البنية الأولية للنظام. استبدل الصيغ من (1) إلى (9) للحصول على النظام في حالة التركيز القصيرة: d12*=0.2, d23*=1.5, d34*=0.02, d45*=0.9; في حالة التركيز الطويل: d12=0.9، d23=0.3، d34=1.5، d45=0.2، يكون الطول البؤري لكل مكون: f2=-0.35، f1=1.5، f4=-6.

بعد قياس الهيكل الأولي الذي تم الحصول عليه، تم استخدام برنامج التصميم البصري للتعديل والتحسين. أخيرًا، تم تصميم نظام بصري للربط ثنائي المجموعة مناسب لكاشف مبرد طويل الموجة 640 × 512 كما هو موضح في الشكل 2.

كان الرقم البؤري للنظام 2.24، وكان نطاق العمل Longwave 7.7 ميكرومتر ~ 9.5 ميكرومتر، ويتكون من 8 عدسات، ويبلغ الحد الأقصى للقطر 166 ملم. العدسة الثالثة مصنوعة من مادة ZnSe، والباقي كلها مصنوعة من مادة Ge، والتي يكون السطح الخلفي للعدسة الأولى والسطح الخلفي للعدسة الثالثة شبه كرويين. يظهر الشكل 3 رسمًا تخطيطيًا لعملية التكبير/التصغير للنظام البصري للتكبير المستمر.

الشكل 3: مخطط عملية التكبير للنظام البصري

الشكل 4 والشكل 5 والشكل 6 عبارة عن منحنيات دالة نقل التشكيل للنظام بأطوال بؤرية قصيرة ومتوسطة وطويلة. حجم البكسل لكاشف الأشعة تحت الحمراء المبرد طويل الموجة 640×512 هو 15μm، والتردد المميز المقابل هو 33lp/mm، ووظيفة النقل للنظام البصري في مجال الرؤية 0.7 قريبة من حد الحيود، والقيمة وظيفة النقل في مجال رؤية الحافة أكبر من 0.15، وهو ما يلبي متطلبات التطبيق.

الشكل 4: منحنيات MTF ذات البعد البؤري القصير

الشكل 6: منحنيات MTF ذات البعد البؤري الطويل

الشكل 7 والشكل 8 والشكل 9 هي المخططات الموضعية للنظام بأطوال بؤرية قصيرة ومتوسطة وطويلة. يتبين من الأشكال أن قطر نقطة التشتت للنظام عند أطوال بؤرية مختلفة أصغر من القطر النظري للقرص الهوائي للنظام، لتلبية متطلبات التطبيق.

الشكل 9: مخطط موضعي للبعد البؤري الطويل

الشكل 10 والشكل 11 والشكل 12 عبارة عن منحنيات انحناء المجال والتشوه للنظام عند الأطوال البؤرية القصيرة والمتوسطة والطويلة. يمكن أن نرى من الأرقام أن تشويه النظام تحت أطوال بؤرية مختلفة أقل من 2.5%، وهو ما يلبي متطلبات التطبيق.

الشكل 13 هو مخطط منحنى التكبير/التصغير للنظام البصري للتكبير المستمر، والإحداثي هو البعد البؤري للنظام البصري للتكبير المستمر، والإحداثي هو المسافة المحورية لمجموعة التكبير/التصغير ومجموعة التعويض بالنسبة إلى المجموعة الثابتة الأمامية. يمكن أن نرى من الشكل أن منحنى التكبير/التصغير للنظام سلس ومستمر، ولا يوجد تغيير مفاجئ، مما يمكن أن يتجنب بشكل فعال تعثر النظام في عملية التكبير/التصغير.

الشكل 10: منحنيات المجال الاستجماتيزم وتشويه البعد البؤري القصير

نظرًا لأن مجموعة التكبير/التصغير تتكون من مجموعتين من العدسات، تشتركان في القوة البصرية لمجموعة التكبير/التصغير، فيمكن تقليل زاوية الضغط لمنحنى الكامة لمجموعة التكبير/التصغير. قبل تحليل محاكاة هيكل الكامة، من الضروري تحسين منحنى الكامة.

عند تحسين منحنى الكامة، من الضروري التأكد من أن عملية التكبير/التصغير موحدة ومستقرة. في الوقت نفسه، من أجل سهولة المعالجة، لا يمكن أن تكون زاوية الضغط لمنحنى الكامة كبيرة جدًا، ولا يمكن أن يتجاوز الحد الأقصى 45 درجة.

الشكل 14 عبارة عن رسم بياني لزاوية الضغط لكاميرا التكبير/التصغير للنظام البصري للتكبير المستمر. يعتمد النظام الحركة غير الخطية لكل من مجموعة التكبير ومجموعة التعويض. بعد التحسين، تبلغ زاوية الضغط القصوى لمنحنى التكبير 41.31 درجة، وزاوية الضغط القصوى لمنحنى التعويض 34.29 درجة، وزاوية محيط الكامة 172.45 درجة.

الشكل 12: منحنيات المجال الاستجماتيزم وتشويه البعد البؤري الطويل

الشكل 13 منحنيات التكبير لنظام التكبير البصري المستمر

الشكل 14: زاوية ضغط كاميرا التكبير لنظام التكبير البصري المستمر

في هذا البحث تمت دراسة تصميم نظام بصري يعمل بالأشعة تحت الحمراء ثنائي المجموعة. استنادًا إلى كاشف الأشعة تحت الحمراء المبرد بالموجة الطويلة 640×512، 15μm، تم تصميم نظام بصري للتكبير المستمر بالأشعة تحت الحمراء طويل الموجة ذو وصلة مزدوجة مع طول بؤري من 30 مم إلى 360 مم ورقم F يبلغ 2.24.

تتكون مجموعة الزوم الخاصة بالنظام من مجموعتي عدسات ثابتة لأداء الحركة الخطية أو غير الخطية، وتقوم مجموعة التعويض بحركة غير خطية للتعويض عن إلغاء التركيز البؤري لمستوى صورة النظام الناتج عن حركة مجموعة الزوم، وبالتالي مما يضمن خلال عملية التكبير القدرة على التقاط الصورة بشكل حاد في جميع الأوقات. أظهرت النتائج أنه يمكن تقليل زاوية ضغط منحنى الكامة، ويمكن تحقيق تصميم فتحة نسبية كبيرة وتصغير حجمها دون زيادة صعوبة نظام التحكم في المكونات المتحركة.

نحن شركة تصنيع ذات خبرةالمكونات الكهروميكانيكية البصرية، مخصصة لتزويد المستخدمين بمجموعة متنوعة من عدسات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء عالية الجودة. نحن نأخذ احتياجات العملاء كأولوية أولى ونتحكم بشكل شامل في جودة منتجاتنا. لهذا السبب، نحن مجهزون بنظام صارم لفحص الجودة للتحكم في تصميم، تصنيع، وتصدير المنتجات. إذا كنت مهتمًا بعدسات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء، يرجى الاتصال بنا على الفور!

المؤلفون: وو هاي تشينغ، تشاو شين ليانغ، لي تونغهاي، تيان هايكسيا، كوي لي

مصدر المجلة: Infrared Technology Vol.41 No.7 يوليو 2019

تاريخ الاستلام: 2018-12-18; تاريخ المراجعة: 2019-06-26.

مراجع:

[1] لو شوجون، شيا ينهوي، يانغ نينغنينغ، وآخرون. النظام البصري لمسح التكبير المستمر بالأشعة تحت الحمراء ذو الطول الموجي الطويل [J]. البصريات الصينية، 2015، 8(1): 107-113.

[2] لي روياو، فو يوغانغ، ليو تشيينغ. تصميم المعالجة الحرارية لنظام التصوير بالأشعة تحت الحمراء المضغوط ذو الموجة المتوسطة [J]. تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء، 2018، 40(2): 119-124.

[3] سعادة ووبين، هاو جونمينغ، وو وي، وآخرون. تصميم نظام بصري للأشعة تحت الحمراء ذو الطول الموجي الطويل المنخفض F/# التكبير المستمر [J]. الليزر والأشعة تحت الحمراء، 2013، 43(7): 757-760.

[4] وانغ تشيجيانغ. دليل التكنولوجيا البصرية العملي [M]. بكين: الصين آلة الصحافة، 2007: 429-430.