Exemple de conception de lentilles optiques infrarouges à super champ de vision

Dans ce qui précède, nous avons principalement parlé des caractéristiques de conception de la lentille optique infrarouge à super champ de vision. Cet article combinera ces caractéristiques de conception pour donner des exemples de conception spécifiques afin que chacun puisse ressentir et analyser plus intuitivement les performances de la lentille optique infrarouge à super champ de vision.

Un exemple de conception spécifique est donné ci-dessous et les exigences spécifiques sont les suivantes :

1. Exigences relatives à la disposition du champ de vision

(1) Plage d'épissage du champ de vision : espace aérien sphérique 4π

(2) Nombre de lentilles optiques : 6

(3) Le champ de vision d'une seule lentille optique est cohérent

(4) Le taux de chevauchement du champ de vision de la lentille adjacente n'est pas inférieur à 4°

(1) Nombre de pixels : 1 024 × 1 024

(2) Taille des pixels : 15 μm

(3) Fa/# : 2

(1) Longueur d'onde : 3,7 ~ 4,95 μm

(2) Éclairage du champ de vision périphérique≥90 %

(3) Non-uniformité IFOV ≤ ± 5 %

(4) FTM : ≥0,4 (@33lp/mm)

(5) Convergence énergétique : ≥60 % (15 μm)

(6) Plage de température atermalisée : −55~70℃

(7) Longueur de l'objectif : ≤70 mm

Selon les exigences du champ de vision, le champ de vision minimal de conception du système optique peut être obtenu par calcul itératif numérique à 116°. À ce stade, le champ de vision d'imagerie effectif de chaque lentille optique sur le plan image du détecteur est illustré à la figure 5, et le champ de vision calculé se chevauche. Le taux minimum est de 4°, le maximum est de 12,7° et le pixel le taux d'utilisation du détecteur est de 96,5%.

Le détecteur infrarouge est de type refroidissant. Afin d'obtenir une efficacité d'ouverture froide de 100 % et un large champ de vision, le système optique doit adopter la configuration optique illustrée à la figure 3 ; pour garantir que la non-uniformité de la résolution angulaire de chaque pixel dans le champ de vision complet est ≤ ± 5 %, adopte la méthode de projection h = f θ ; utilise le coma du diaphragme pour introduire un grand nombre de vignettage négatif en dehors de l'axe afin d'améliorer l'éclairement au bord du champ de vision ; Afin de répondre à l'excellente qualité d'image du système optique dans la plage de -55 ~ 70 ℃, adoptez un schéma de conception optique passif atermalisé.

Le diagramme de chemin optique optimisé final est illustré à la figure 6. Le système utilise seulement quatre lentilles pour obtenir une conception atermalisée sans surfaces diffractives ; structure compacte, avec une longueur totale d'objectif de 69 mm ; parmi eux, les pièces structurelles optiques et mécaniques sont usinables et légères. Compte tenu de l'adaptabilité environnementale, l'alliage d'aluminium 7075 est sélectionné, avec un coefficient de dilatation thermique de 23,6 × 10−6 /℃.

Le degré de convergence énergétique d'un seul pixel (15 μm) du système optique à 20, −55, 70 ℃ est illustré à la figure 8. On peut voir sur la figure que la concentration d'énergie d'un seul pixel dans l'ensemble le champ de vision est uniforme dans la plage de -55 à 70 ℃. Plus de 75 %.

 

L'analyse de la distorsion du système optique et de la résolution angulaire est présentée à la figure 9. La courbe rouge est la courbe de distorsion f - θ et la courbe verte est la courbe de résolution angulaire. Il ressort de la figure que l'écart maximal de la résolution angulaire de chaque pixel dans le champ de vision complet (± 58°) est de 2,5 %.

Dans le logiciel de conception optique CODEV, le paramètre de tolérance par défaut est utilisé pour l'analyse et le résultat est présenté dans la figure 10. Il ressort de la figure que les tolérances de chaque champ de vision sont en bon accord. Avec un alignement spatial de 33 cycles/mm, il existe une probabilité de 97,7 % que la FTM du champ de vision complet dans la direction sagittale soit meilleure que 0,42, et la FMT du champ de vision complet dans la direction méridienne soit meilleure que 0,4. .

Sur la base de l'expérience, répondez aux exigences d'utilisation. Dans le logiciel de simulation de lumière parasite Tracepro, le modèle de simulation de réflexion froide opposée au trajet optique est établi, comme le montre la figure 11 (a), et la figure 11 (b) montre la distribution d'éclairement reçue par la surface de l'image en face de la simulation du trajet optique ; La figure 11 (c) donne la distribution de différence de température équivalente dans la bande de travail de la surface de l'image. Habituellement, le NETD du système est d'environ 25 mK.

On peut voir sur la figure que la différence de température équivalente maximale de réflexion froide est de 17,3 mK, ce qui est inférieur au système NETD, et que la réflexion froide répond aux exigences d'utilisation.

La lentille optique infrarouge à super champ de vision, dont le champ de vision est généralement supérieur à 90°, est principalement utilisée dans l'armée pour avertir et indiquer l'arrivée de missiles ou de cibles de menace infrarouge. C'est un produit optoélectronique militaire important. Comparé à l'optique infrarouge conventionnelle, le super champ de visionlentille optique infrarouge présente de nombreuses caractéristiques différentes. Les exemples de conception spécifiques sont donnés dans l'article, qui revêt une certaine importance pour la conception de ce type de système optique.

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[1] Zhang Yuansheng. Développement d'un système d'avertissement électro-optique aéroporté [J]. Electronique Optique et Contrôle, 2015, 22(6) : 52−55. (en chinois)

[2] Huang Fuyu, Shen Xueju, He Yongqiang et al. Analyse des performances du système d'imagerie à champ de vision très large utilisé pour la détection de cibles spatiales [J]. Ingénierie infrarouge et laser, 2015, 44(10) : 3134−3140. (en chinois)

[3] Yang Shengjie. Conception optique pour un système d'imagerie grand angle infrarouge à moyenne longueur d'onde refroidi à haute résolution [J]. Acta Optica Sinica, 2012, 32(8) : 0822003. (en chinois)

[4] Hirsh I, Shkedy L, Chen D et al. Détecteur MWIR hybride bicolore pour systèmes d'alerte de missiles aéroportés[C]// Actes de SPIE,2012, 12 : 83530H1-12.

[5] Tao Zhi, Wang Min, Xiao Weijun et al. Conception pour un système optique hybride réfractif-diffractif infrarouge à double bande refroidi d'athermalisation et de champ de vision large [J]. Acta Photonica Sinica, 2017, 46(11) : 1122004. (en chinois)

[6] Oskotski. Objectif grand angle MWIR F-Theta : Russie, 236344A1[P].2018.

[7] Chen Chen, Hu Chunhai, Li Weishan et al. Méthode de calcul de l’éclairage relatif du plan image de l’objectif [J]. Acta Optica Sinica, 2016, 36(11) : 1108001. (en chinois)

[8] Zhong Xing, Zhang Yuan, Jin Guang. Optimisation de l'uniformité de l'éclairage du système optique à grand champ de vision [J]. Acta Optica Sinique