Compatibilità con rilevatori di grandi formato: con la crescente domanda di telerilevamento a infrarossi ultra-large, il sistema ottico deve essere progettato per soddisfare i requisiti di imaging ad alta risoluzione, come quelli dei rivelatori a infrarossi di grande formato a risoluzione 4K.
Elevata efficienza di arresto a freddo: utilizzare la fermata a freddo del rivelatore a infrarossi raffreddato come arresto di apertura del sistema, mirando all'efficienza del 100% di arresto a freddo per migliorare la capacità di raccolta delle radiazioni del rivelatore e migliorare la qualità dell'imaging.
Campo visivo ampio (FOV) e configurazione libera: ottenere un intervallo di osservazione più ampio evitando la perdita di luce e la luce randagio causata da ostacoli, garantendo l'integrità e la chiarezza dell'imaging.
Qualità di imaging superiore: la funzione di trasferimento di modulazione del sistema (MTF) deve soddisfare i criteri specificati in tutti i campi di vista per garantire l'imaging acuto per applicazioni pratiche.
Configurazione strutturale
Combinazione specchio: una struttura di imaging secondario impiega in genere uno specchio asferico di ordine universitario e due specchi a forma libera. Questa configurazione corregge efficacemente le aberrazioni e migliora le prestazioni di imaging. Ad esempio, lo specchio primario adotta una superficie asferica di ordine uniforme, mentre gli specchi secondari e terziari utilizzano superfici a forma libera polinomiale XY. La flessibilità delle superfici a forma libera consente la correzione delle aberrazioni generate in grandi FOV.
Apertura di arresto e uscita allievo: una vera allievo di uscita è allineata con la fermata fredda per ottenere un'efficienza di arresto a freddo al 100%. In alcuni design, l'immagine degli specchi secondari e terziari l'immagine dell'apertura si ferma sulla posizione dello specchio primario, non solo raggiungendo l'obiettivo dell'efficienza di arresto a freddo, ma riducendo significativamente l'apertura dello specchio primario e ottimizzando la compattezza del sistema.
Tecnologie chiave
Applicazione delle superfici a forma libera: le superfici a forma libera svolgono un ruolo fondamentale nell'espansione del FOV e nella correzione delle aberrazioni. Ad esempio, le superfici a forma libera polinomiale XY sugli specchi secondari e terziari consentono una regolazione flessibile dei percorsi della luce per compensare le aberrazioni sotto grandi FOV, garantendo un'alta qualità di imaging in tutti i campi.
Progettazione di atermalizzazione: affrontare l'impatto delle fluttuazioni della temperatura ambientale sulla qualità dell'imaging attraverso l'atermalizzazione. Ad esempio, assicurarsi che l'MTF in tutti i campi rimanga al di sopra di una soglia all'interno di un intervallo di temperatura compreso tra -40 ° C a 60 ° C, garantendo prestazioni stabili in condizioni variabili e migliorando l'adattabilità e l'affidabilità del sistema.
Correzione dell'aberrazione: oltre alla correzione della superficie a forma libera, ottimizzare il layout e i parametri del sistema ottico per un controllo completo dell'aberrazione. Tecniche come la teoria dell'aberrazione vettoriale e il principio di Fermat vengono utilizzate per stabilire un sistema a forma libera senza ostacoli con qualità di imaging favorevole, seguito da ottimizzazione per ridurre la complessità del design e migliorare la correzione.
Esempio di progettazione
Un sistema progettato da Qian Zhuang, Mo Yan, Fan Rundong, et al. funge da caso pratico. Con una lunghezza focale di 150 mm, che opera nell'intervallo di lunghezza d'onda di 1,5-5 μm, un numero F di 5 e un FOV 30 ° × 25 °, il sistema impiega uno specchio primario asferico di ordine uniforme e specchi secondari a forma libera e terziaria XY. L'MTF a 25 LP/mm supera 0,4 in tutti i campi, soddisfacendo i requisiti di imaging dei rilevatori a infrarossi di grande formato. Questo design raggiunge con successo un'ampia FOV, una configurazione libera, un'alta qualità di imaging e una compatibilità con rilevatori di grandi formato, convalidando l'efficacia della metodologia proposta.
Conclusione
La progettazione di un sistema ottico a tre mirror fuori asse di formato libero di grande formaggio raffreddato richiede una considerazione completa di più fattori. Selezionando appropriate configurazioni strutturali, applicando le tecnologie chiave e ottimizzando attraverso esempi pratici, il sistema può soddisfare le crescenti esigenze di telerilevamento a infrarossi ad alta risoluzione e ad alta risoluzione. Con l'avanzare delle tecnologie correlate, tali sistemi ottici dovrebbero svolgere un ruolo maggiore in diversi settori, con progetti futuri che si evolvono verso una maggiore efficienza, precisione e compattezza.