Compatibilidad con los detectores de gran formato: con la creciente demanda de detección remota infrarroja de formato ultra grande, el sistema óptico debe estar diseñado para acomodar los requisitos de imagen de alta resolución, como los de detectores infrarrojos de gran formato de resolución 4K.
Eficiencia de alta parada en frío: utilice la parada en frío del detector de infrarrojos enfriados a medida que la apertura del sistema se detiene, apuntando a una eficiencia del 100% de parada en frío para mejorar la capacidad de recolección de radiación del detector y mejorar la calidad de las imágenes.
Configuración de amplio campo de visión (FOV) y sin obstrucciones: logre un rango de observación más amplio mientras evita la pérdida de luz y la luz perdida causada por obstrucciones, asegurando la integridad y la claridad de las imágenes.
Calidad de imagen superior: la función de transferencia de modulación del sistema (MTF) debe cumplir con los criterios especificados en todos los campos de visión para garantizar imágenes nítidas para aplicaciones prácticas.
Configuración estructural
Combinación de espejo: una estructura de imagen secundaria generalmente emplea un espejo asférico de orden par y dos espejos de forma libre. Esta configuración corrige efectivamente las aberraciones y mejora el rendimiento de las imágenes. Por ejemplo, el espejo primario adopta una superficie asférica de orden par, mientras que los espejos secundarios y terciarios utilizan superficies de forma libre polinomial XY. La flexibilidad de las superficies de forma libre permite la corrección de aberraciones generadas bajo grandes FOV.
Pupila de parada y salida de apertura: una pupila de salida real está alineado con la parada fría para lograr una eficiencia de parada en frío 100%. En algunos diseños, los espejos secundarios y terciarios se detienen la apertura de la apertura en la posición del espejo primario, no solo cumplen el objetivo de eficiencia de parada de frío, sino que también reduce significativamente la abertura del espejo primario y la optimización de la compacidad del sistema.
Tecnologías clave
Aplicación de superficies de forma libre: las superficies de forma libre juegan un papel fundamental en la expansión del FOV y la corrección de aberraciones. Por ejemplo, las superficies de forma libre polinomial XY en los espejos secundarios y terciarios permiten un ajuste flexible de las rutas de luz para compensar las aberraciones bajo grandes FOV, lo que garantiza una alta calidad de imagen en todos los campos.
Diseño de atermalización: abordar el impacto de las fluctuaciones de temperatura ambiental en la calidad de las imágenes a través de la atermalización. Por ejemplo, asegúrese de que el MTF en todos los campos permanezca por encima de un umbral dentro de un rango de temperatura de -40 ° C a 60 ° C, garantizando un rendimiento estable en diferentes condiciones y mejorando la adaptabilidad y confiabilidad del sistema.
Corrección de aberración: además de la corrección de la superficie de forma libre, optimice el diseño y los parámetros del sistema óptico para un control integral de la aberración. Técnicas como la teoría de la aberración de vectores y el principio de Fermat se utilizan para establecer un sistema de forma libre sin obstrucciones inicial con calidad de imagen favorable, seguido de optimización para reducir la complejidad del diseño y mejorar la corrección.
Ejemplo de diseño
Un sistema diseñado por Qian Zhuang, Mo Yan, Fan Rundong, et al. sirve como un caso práctico. Con una longitud focal de 150 mm, que funciona en el rango de longitud de onda de 1.5–5 μm, un número F de 5 y un 30 ° × 25 ° FOV, el sistema emplea un espejo primario asférico de orden par y espejos de Freeform Freeform polinomiales XY. El MTF a 25 LP/mm excede 0.4 en todos los campos, cumpliendo con los requisitos de imagen de los detectores infrarrojos de gran formato. Este diseño logra con éxito una amplia FOV, configuración sin obstrucciones, alta calidad de imagen y compatibilidad con detectores de gran formato, validando la efectividad de la metodología propuesta.
Conclusión
El diseño de un sistema óptico de tres manías fuera de eje libre enfriado de forma libre requiere una consideración integral de múltiples factores. Al seleccionar configuraciones estructurales apropiadas, aplicar tecnologías clave y optimizar a través de ejemplos prácticos, el sistema puede satisfacer las crecientes demandas de detección remota infrarroja de alta resolución e infrarrojos. A medida que avanzan las tecnologías relacionadas, se espera que tales sistemas ópticos desempeñen un papel más importante en diversos campos, con futuros diseños que evolucionan hacia una mayor eficiencia, precisión y compacidad.