Síntesis de una lente súper ultra gran angular (accesorio) para la región infrarroja del espectro

Introducción

La ampliación del espacio visualizado por el sistema óptico con el fin de incrementar el contenido de la información y mantener una calidad de imagen aceptable será siempre una tarea urgente para las calculadoras ópticas. Existen numerosos enfoques para obtener imágenes panorámicas, pero los sistemas de lentes centrados siguen siendo los más accesibles. Junto con esto, es difícil no notar el rápido crecimiento de tal dirección de instrumentación optoelectrónica como los sistemas infrarrojos del tipo "mirar", donde el elemento funcional principal es un detector de radiación de matriz. Los materiales utilizados para crear sistemas ópticos en el rango infrarrojo no están exentos de inconvenientes, pero tienen amplias capacidades correctivas debido a altos índices de refracción y coeficientes de dispersión atípicos.






Síntesis

Después del cálculo dimensional preliminar, teniendo en cuenta los parámetros del receptor de radiación, la etapa inicial de síntesis de una lente súper ultra gran angular de distorsión es la creación de un sistema óptico panorámico con un campo de visión hemisférico (domo completo) de 180 × 360 °, formado a partir de un accesorio afocal (convertidor) en forma de sistema telescópico Galileo y una lente base, su mayor alineación a través de un diafragma de apertura común y co-optimización. [1, 2] Al crearlos y luego corregir las aberraciones, es más efectivo utilizar métodos de composición [3]. Además, desde el lado del espacio de los objetos, se adjunta al sistema óptico resultante un menisco convexo-cóncavo negativo (dispersión) con un índice de refracción alto y un valor bajo de potencia óptica. Llamemos a este componente el accesorio de ángulo súper ultra gran angular.La siguiente etapa de la síntesis es un aumento iterativo en el campo angular a uno dado con optimización conjunta. Los radios de curvatura y espesor se utilizan como valores variables, con las restricciones de diseño necesarias. El paso de aumentar el campo angular es de aproximadamente 2-0,5 °, con una disminución gradual cuando se alcanzan valores altos y la función objetivo básica se actualiza en cada paso de optimización.





,   , . , , . 320° 360° , . 1.





Figura:  1. Lente con radios de curvatura hiperhemisféricos
. 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





Figura:  2. Sistema óptico panorámico con accesorio súper ultra gran angular reemplazable.  En el curso de los haces, se utilizaron en el sistema los siguientes materiales de elementos ópticos: Si, ZnSe, ZnSe, Al2O3, ZnSe.
. 2. . : Si, ZnSe, ZnSe, Al2O3, ZnSe.

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





Figura:  3. Función de difracción de la concentración de energía en la zona cuadrada (transformada rápida de Fourier (FFT))
. 3. ( ())
Figura:  4. Función de transferencia de modulación por difracción policromática (FFT)
. 4. ()
Figura:  5. Errores de frente de onda RMS versus campo
. 5.
Figura:  6. Diagrama de puntos de dispersión
. 6.

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





Figura:  7. Curvatura de campo y distorsión F-θ
. 7. F-θ

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





Figura:  8. Complejo optoelectrónico integral de dos canales
. 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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