Synthèse d'un objectif super ultra grand angle (accessoire) pour la région infrarouge du spectre

introduction

L'extension de l'espace visualisé par le système optique afin d'augmenter le contenu de l'information et de maintenir une qualité d'image acceptable sera toujours une tâche urgente pour les calculateurs optiques. De nombreuses approches pour obtenir des images panoramiques sont connues, mais les systèmes de lentilles centrées restent les plus accessibles. Parallèlement à cela, il est difficile de ne pas remarquer la croissance rapide d'une telle direction dans l'instrumentation optoélectronique en tant que systèmes infrarouges du type "regardant", où l'élément fonctionnel principal est un détecteur de rayonnement matriciel. Les matériaux utilisés pour créer des systèmes optiques dans le domaine infrarouge ne sont pas sans inconvénients, mais présentent de larges capacités de correction grâce à des indices de réfraction élevés et des coefficients de dispersion atypiques.






La synthèse

Après un calcul dimensionnel préliminaire, en tenant compte des paramètres du récepteur de rayonnement, l'étape initiale de synthèse d'un objectif de distorsion super-ultra grand angle est la création d'un système optique panoramique avec un champ de vision hémisphérique (plein dôme) de 180 × 360º, formé à partir d'un accessoire afocal (convertisseur) sous la forme d'un système télescopique Galileo et d'une lentille de base, leur alignement supplémentaire grâce à un diaphragme d'ouverture commun et co-optimisation. [1, 2] Lors de leur création puis de la correction des aberrations, il est plus efficace d'utiliser des méthodes de composition [3]. En outre, du côté de l'espace des objets, un ménisque négatif (diffusant) convexe-concave avec un indice de réfraction élevé et une faible valeur de puissance optique est attaché au système optique résultant. Appelons ce composant l'attachement super ultra grand angle.L'étape suivante de la synthèse est une augmentation itérative du champ angulaire à un champ donné avec optimisation conjointe. Les rayons de courbure et d'épaisseur sont utilisés comme valeurs variables, avec les contraintes de conception nécessaires. L'étape d'augmentation du champ angulaire est d'environ 2-0,5 °, avec une diminution progressive lorsque des valeurs élevées sont atteintes et la fonction objectif de base est mise à jour à chaque étape d'optimisation.





,   , . , , . 320° 360° , . 1.





Figure:  1. Lentille à rayons de courbure hyperhémisphériques
. 1.

, , . (. 1). «Zemax». [4] , , .





1.

















1





2





1





XZ/YZ





SAG(X/Y)





2 ()









2









CVVA





2 ()









3









RECI





2 ()









4









DIFF





3 ()





1 ()





5









OPGT





4 ()









, , , – , , .





: ; 2ω=180°; ; 2ω≥300° .





, , , , 90º, .






(. 2). Δλ=3,6÷4,9 , 512×512 ( ) 15 , 8 24 . , , . 2.





2.

















,





4





5





2ω, .





180





300





f',





3,2





1,9





,





150





190





K





3





y’,





7,68





Δλ,





3,6÷4,9





Figure:  2. Système optique panoramique avec accessoire super ultra grand angle remplaçable.  Au cours des faisceaux, les matériaux suivants d'éléments optiques ont été utilisés dans le système: Si, ZnSe, ZnSe, Al2O3, ZnSe.
. 2. . : Si, ZnSe, ZnSe, Al2O3, ZnSe.

. 0,5 (. 3). 0,3 (. 4). () (. 5). (. 6). , 95%, ( ) , 100% [5]. .





Figure:  3. Fonction de diffraction de la concentration d'énergie dans la zone carrée (transformée de Fourier rapide (FFT))
. 3. ( ())
Figure:  4. Fonction de transfert de modulation de diffraction polychromatique (FFT)
. 4. ()
Figure:  5. Erreurs de front d'onde RMS par rapport au champ
. 5.
Figure:  6. Diagramme de points de dispersion
. 6.

() – [6]. , , F-θ ( ω=θ), . 25% (. 7). , .1, , , .





Figure:  7. Courbure de champ et distorsion F-θ
. 7. F-θ

360°×360°, . , , , - , , 120°, 240° (. 8).





Figure:  8. Complexe optoélectronique polyvalent à deux canaux
. 8. -

.





, .





, , , . , . , . , , . [7] , , [8], , . , , .





. -, , : -, -, -, - ..






  1. .., .. - // - "". 2018. . 17. №3. . 47-54.





  2. .., .. // « ». 2018. 9. №6. . 74-75.





  3. .. .: . «», 2011. 384 .





  4. ZEMAX® Optical design program. User’s guide. Tucson, Arizona, USA: Zemax LLC, 2014. 879 p.





  5. .. , .. «» .: , 2004. 444 .





  6. C. Hughes, P. Denny, E. Jones, M. Glavin Accuracy of fish-eye lens models // APPLIED OPTICS. 2010. V. 49. №17. P. 3338-3347.





  7. M. Vollmer, K-P. Möllmann Infrared Thermal Imaging. Fundamentals, Research and Applications. Second Edition, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2018.





  8. J.W. Howard, I.R. Abel Narcissus: reflections on retroreflections in thermal imaging systems // APPLIED OPTICS. 1982. V. 21. №18. P. 3393-3397.












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