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Quanhom Technology Co., LTD est une société active dans le domaine du développement et de la production d'optiques infrarouges thermiques. La gamme de produits de haute précision comprend des ensembles de lentilles infrarouges SWIR/MWIR/LWIR, des oculaires, des éléments de lentilles infrarouges, etc.

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Système de zoom infrarouge pour la détection de cibles

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Système de zoom infrarouge pour la détection de cibles

2022/3/25

Cet article décrit un gadget à objectif zoom infrarouge (IR) conçu pour détecter les signatures de missiles à des longueurs d'onde de 8 à 13 Bin. Une discussion supplémentaire portera sur la philosophie de conception optique en ce qui concerne cette question particulière. Lors de la conception d'un système optique, la question la plus importante est : « Par où commencer ? La réponse à cette question aura un impact important sur le succès de la campagne, car le point de départ limite la zone dans laquelle le problème de conception sera résolu. Le nombre d’éléments de lentille et les degrés de liberté correspondants doivent être suffisants pour obtenir le résultat souhaité sans ajouter davantage de complexité. Le choix du matériau peut également être un facteur clé dans cette décision, car la nature de la couleur dépend fortement du choix du matériau.

1.1.Exigences

L'exigence concerne une optique d'imagerie haute résolution (1 mrad) à faible diffraction proche dans la zone de longueur d'onde de 8 à 13 fonctionnant à f/2 avec une transmission supérieure à 50 %. 3 modes d'objectif distincts fonctionnant sur une variété de grossissement de 3: 1 sont nécessaires pour couvrir un détecteur de 9,525 mm de diamètre pour 3 ensembles distincts de plage cible et de zone de vision (FOV). La plage de distance focale est de 37,76 mm à 113,28 mm et le champ de vision correspondant est de ±7,19 niveaux à ±2,41 étages. Les obstacles de taille et de poids sont des paramètres supplémentaires qui contraignent la disposition.

1.2.Type de système optique

Un appareil entièrement réfléchissant répondrait parfaitement aux exigences de bande passante spectrale car il n’y a pas d’aberration chromatique. Un tel dispositif a récemment été défini dans la littérature.1 Une machine optique réfractive à conscience définie peut être conçue pour être limitée par la diffraction pour un ensemble donné de situations. 3 de ces structures peuvent ensuite être conçues et installées une par une pour se remplacer l'une par l'autre afin de couvrir les 3 unités de variété cible et de FOV. La possibilité inverse est un objectif zoom qui permettrait de passer d'un mode à un autre de manière non-stop. Ce système pourrait nécessiter un dispositif optique multi-éléments avec quelques mécanismes pour le déplacement de l'objectif via la variété de zoom. L'idée de l'objectif zoom a été poursuivie pour minimiser les dimensions et le poids du dispositif optique tout en conservant le f/no. Exigence.

1.3.Types d'objectifs zoom

Les zooms sont compensés par approches : systématiquement et optiquement. À l’intérieur de l’objectif zoom à compensation mécanique, les éléments transférés parcourent la plage de zoom dans une relation non linéaire en s’adorant les uns les autres. Dans l'objectif zoom optiquement compensé, les éléments de décalage sont reliés ensemble et se déplacent comme une seule unité à travers la variété de zoom. Bien que les zooms à compensation optique offrent un mécanisme plus simple, ils ont également tendance à être plus longs (que ceux à compensation classique). De plus, la compensation mécanique conserve une image cohérente de l'emplacement de l'avion tout au long du zoom, tandis que, avec la compensation optique, la photo n'est en parfaite attention qu'à des positions de zoom discrètes. Le remboursement mécanique a été retenu pour ce service en raison de contraintes de délai imposées par des problèmes d'emballage.

1.4.Le point de départ

Le concepteur optique doit sélectionner le point de départ le plus probable parmi les alternatives possibles suivantes :

1) un système optique disponible dans le commerce ;

2) un système optique interne préalablement conçu ;

3) une lentille décrite dans les brevets ou dans toute autre littérature ;

4) une solution pour lentilles fines.

Dans ce cas précis, une solution à lentille fine a été choisie comme point de départ après avoir repoussé les trois premières options de l'attention. Les systèmes d'objectifs à zoom IR disponibles dans le commerce ne répondaient pas aux exigences uniques en matière de rapport de zoom et de f/no. Pour ce logiciel. Il s'agit également des structures réelles des objectifs à zoom IR décrites dans les brevets,2,3 et dans d'autres publications. Quatre'6 Il s'est avéré que l'approche des objectifs minces était assez simple à concevoir et à mettre en œuvre.

1.5. Propriétés du premier ordre

Un télescope afocal asymétrique d'énergie unitaire peut être construit en plaçant une lentille négative à mi-chemin entre des lentilles fines égales afin que le dispositif à lentille fonctionne à un grossissement unitaire. Si la lentille centrale est déplacée le long de l'axe depuis la position médiane dans les deux directions, le grossissement changera rapidement. Un tel gadget afocal est représenté schématiquement sur la figure 1. L'une des lentilles extérieures doit être poussée par came pour préserver le réglage afocal de l'appareil. Ce type de zoom est décrit par Rudolf Kingslake dans un article sur l'amélioration de l'objectif zoom.7 Les paramètres de premier ordre d'un zoom afocal trois: 1 définis dans l'article de Kingslake sont fournis dans le bureau I. Les mouvements de l'objectif de cet objectif Le dispositif est tracé sur la figure 2 en tant que caractéristique du grossissement.

Une fixation afocale devant un objectif d’imagerie fixe a été utilisée comme point de départ pour cette conception. Un rapport de zoom de 3:1 est obtenu en passant d'un grossissement de l/'/J à V5", avec un grossissement unité en position médiane (Fig. 3). En plaçant le diaphragme derrière les éléments mobiles, il Il est possible de maintenir un nombre f/n constant sur le plan image sans iris variable.

1.6.Optimisation informatique

Une évaluation des applications de configuration optique pour les systèmes optiques de type infrarouge a été présentée lors d'un précédent colloque technique de SPIE.10 L'application informatique de David Gray est particulièrement adaptée aux programmes d'objectifs zoom. Son programme d'optimisation pour les zooms à compensation robotisée (MZOOM) a été appliqué à la conception précise de cet objectif zoom. Il s'agit d'une application très puissante qui optimise neuf positions spécifiques sur toute la plage de zoom tout en maintenant un plan photo fixe sur toute la plage. Le consommateur peut saisir des situations limites pour régir des paramètres tels que le vignettage autorisé, l'épaisseur de la lentille et la durée normale de la machine. Les limites d'épaisseur et d'espacement pour le dispositif de période focale unitaire utilisé par Gray dans l'optimisation sont présentées dans le tableau III. Le facteur de dimension en millimètres du système significatif est 109,98, la durée focale de la prescription d'entrée. Le tableau des distances focales de départ et finale des détails de la lentille présenté dans le tableau IV suggère que le logiciel d'optimisation a été autorisé à s'écarter des propriétés afocales de premier ordre de départ pour localiser la solution exceptionnelle au problème. Cela pourrait également être vu à partir d'une comparaison des séparations de lentilles unifiées initiales et finales illustrées sur les Fig. Quatre(a) et quatre(b). La période générale de l'élément afocal a pu augmenter de 19,0 mm pour obtenir une plus grande stabilité des résidus d'aberration sur la plage de zoom. En fait, il a fallu quelques essais nettement moins chers du début à la fin pour optimiser la machine.

2. Conclusions

Cet article a décrit un gadget optique à objectif zoom simple mais puissant pour l'IR qui offre une résolution de 1 mrad pour toutes les conditions d'utilisation. Cet objectif zoom est utile pour la détection d'objectifs dans un vaste ensemble de conditions de fonctionnement, car le plan image est généralement conscient sur toute la plage de zoom. Des problèmes de tolérance ont été posés pour préserver une conscience aiguë, car les composants du zoom circulent pour échanger le grossissement.

Le procédé de configuration optique a en outre été proposé. La position de l'ordinateur a été présentée comme un puissant dispositif informatique qui sert à compléter les capacités conceptuelles et analytiques que le concepteur apporte à sa mission.

Quanhom's est un fabricant professionnel d'optiques infrarouges personnalisées de lentilles LWIR , Fabricant d'objectifs MWIR , de caméras thermiques et de composants système. Des simples sous-ensembles d'éléments de lentille infrarouge aux assemblages optomécaniques et électro-optiques complexes sophistiqués et fiables. Non seulement nous fournissons des produits de base, mais nous nous engageons également à fournir des services complets de personnalisation. Nos solutions uniques aux défis complexes dans les domaines de la défense, de la sécurité et des applications commerciales sont reconnues par les clients du monde entier. Grâce à une conception innovante, une ingénierie personnalisée, une évaluation et une fabrication de systèmes optiques, notre équipe multilingue (anglais, espagnol, italien et russe) assure une communication transparente du début à la fin du projet. Du conseil à la réalisation finale, près de 60 projets sont réalisés chaque année. L'équipe talentueuse de Quanhom a créé de nombreuses réussites pour différentes applications telles que les viseurs à imagerie thermique pour une utilisation extérieure et de défense, les monoculaires/jumelles à imagerie thermique, la sécurité frontalière et côtière, les applications maritimes et les charges utiles infrarouges de drones.

3. Références

1. Woehl, NOUS, Opt. Ing. 20(3), 450 (1981).

2. Altman, RM et Rosenblatt, JJ de Hughes Aircraft Company, Zoom Lens Optical System for Infrared Wavelengths, brevet américain n° 3 825 315 (23 juillet 1974).

Noyes, GR de Hughes Aircraft Company, télescope à zoom afocal infrarouge à ondes longues, brevet américain n° 3 947 084 (30 mars 1976). Noyes, GR, Proc. SPIE 131, 24 (1978).

Jamieson, TH, Opt. Actes 18(1), 17 (1971).

Cox, A., Un système de conception optique, p. 463, Focal Press, (1964).

Kingslake, R., Journal de la SMPTE 69, 534 (1969).

Welford, WT, Aberrations du système optique symétrique, p. 141, Presse académique, (1974).

Riedl, MJ, Electro-Optical Systems Design, 58 (novembre 1974). Juergens, RC et Mann, A., Proc. SPIE 131, 28 (1978).

David Gray Associates Computer Optics Package (COP) Manuel de référence MZOOM pour les objectifs zoom à compensation mécanique, Genesee Computer Center, Inc., Rochester, New York (juin 1980).

Smith, WJ, Ingénierie optique moderne, p. 426, McGraw-Hill, New York (1966).

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