大型フォーマット検出器との互換性：超大型フォーマット赤外線リモートセンシングの需要の増加により、光学システムは、4K解像度の大型フォーマット赤外線検出器などの高解像度イメージング要件に対応するように設計する必要があります。
高コールドストップ効率：冷却された赤外線検出器のコールドストップをシステムの開口部停止として利用し、検出器の放射収集能力を高め、イメージング品質を向上させるために100％コールドストップ効率を目指します。
視野の広い視野（FOV）と遮るもののない構成：妨害によって引き起こされる光の損失と迷光を回避しながら、より広い観測範囲を達成し、画像の完全性と明確さを確保します。
優れたイメージング品質：システムの変調伝達関数（MTF）は、実用的なアプリケーションのシャープなイメージングを保証するために、すべての視野で指定された基準を満たす必要があります。
構造構成
ミラーの組み合わせ：セカンダリイメージング構造は、通常、1つの均等な非球面ミラーと2つのフリーフォームミラーを採用しています。この構成は、異常を効果的に修正し、イメージングのパフォーマンスを向上させます。たとえば、プライマリミラーは均等なasp延の表面を採用し、二次および三次ミラーはXY多項式フリーフォーム表面を使用します。フリーフォーム表面の柔軟性により、大きなFOVの下で生成される収差の補正が可能になります。
開口部の停止および出口瞳：実際の出口瞳孔は、コールドストップと一致して、100％コールドストップ効率を達成します。一部のデザインでは、二次および三次ミラーは、コールドストップ効率の目標を達成するだけでなく、プライマリミラーの開口部を大幅に削減し、システムのコンパクトさを最適化するため、開口部がプライマリミラーの位置に停止するイメージをイメージします。
重要なテクノロジー
フリーフォーム表面の適用：フリーフォーム表面は、FOVを拡大し、異常を修正する上で重要な役割を果たします。たとえば、二次および三次ミラーのXY多項式フリーフォーム表面は、大きなFOVの下での異常を補償するための光経路の柔軟な調整を可能にし、すべてのフィールドで高いイメージング品質を確保します。
アターマル化設計：環境温度の変動がイメージングの品質に及ぼす影響に対処します。たとえば、すべてのフィールドのMTFが-40°Cから60°Cの温度範囲内でしきい値を超えたままであることを確認し、さまざまな条件下で安定した性能を保証し、システムの適応性と信頼性を改善します。
異常補正：フリーフォームの表面補正に加えて、光学システムのレイアウトと包括的な異常制御のパラメーターを最適化します。ベクトル異常理論やフェルマットの原理などの手法を使用して、好ましいイメージング品質を備えた初期の遮るもののないフリーフォームシステムを確立し、その後、設計の複雑さを軽減し、補正を強化する最適化が続きます。
デザインの例
Qian Zhuang、Mo Yan、Fan Rundongなどによって設計されたシステム。実用的なケースとして機能します。 1.5〜5μmの波長範囲で動作する焦点距離150 mm、Fナンバー5、および30°×25°FOVで、システムは均等な非球面ミラーとXY多項式フリーフォーム二次ミラーおよび三次鏡を採用しています。 25 LP/mmのMTFは、すべてのフィールドで0.4を超え、大型の赤外線検出器のイメージング要件を満たしています。この設計は、幅広いFOV、遮るもののない構成、高いイメージングの品質、および大型の検出器との互換性を成功させ、提案された方法論の有効性を検証します。
結論
冷却された大型のフリーフォームオフアキシス3ミラー光学システムの設計には、複数の要因を包括的に考慮する必要があります。適切な構造構成を選択し、主要なテクノロジーを適用し、実用的な例を通じて最適化することにより、システムは高解像度の幅の広い赤外線リモートセンシングの増大する需要を満たすことができます。関連する技術が進むにつれて、このような光学システムは、多様な分野でより大きな役割を果たすことが期待されており、将来のデザインはより高い効率、精度、コンパクトさに向けて進化しています。