en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-01-66-79
УДК: 771.351.76
Афокальный корректор для расширения рабочих спектрального и температурного диапазонов инфракрасной системы: методика расчета и достигнутые характеристики
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Грейсух Г.И., Левин И.А., Казин С.В. Афокальный корректор для расширения рабочих спектрального и температурного диапазонов инфракрасной системы: расчет и достигнутые характеристики // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 1. С. 66–79. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-01-66-79
Greisukh G.I., Levin I.A., Kazin S.V. Afocal corrector for expanding the operating spectral and temperature ranges of an infrared system: Design methodology and achieved optical performance [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 1. P. 66–79. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-01-66-79
Grigory I. Greisukh, Il’ya A. Levin, and Sergey V. Kazin, "Afocal corrector for expanding the operating spectral and temperature ranges of an infrared system: design methodology and achieved optical performance," Journal of Optical Technology. 91(1), 40-47 (2024). https://doi.org/10.1364/JOT.91.000040
Предмет исследования. Афокальный (рефракционный или рефракционно-дифракционный) корректор, включение которого в оптический тракт модернизируемого тепловизионного прибора позволяет расширить его функциональные возможности. Цель работы. Разработка методики расчета афокального корректора, расширяющего рабочие спектральный и температурный диапазоны инфракрасной системы при сохранении оптической схемы и механической конструкции ее объектива. Эффективность методики продемонстрирована достигнутыми оптическими характеристиками. Метод исследования. Теоретический анализ и математическое моделирование с применением уравнений геометрической оптики и строгой теории дифракции. Основные результаты. Разработана методика получения исходных параметров афокального корректора, позволяющего наряду с устранением терморасфокусировки расширить рабочий спектральный диапазон, сохранив апланатичность оптического тракта. Эффективность предложенной методики продемонстрирована на примере расчета афокального корректора, сопрягаемого с объективом, изначально рассчитанным на работу при фиксированной температуре и только в длинноволновом (7–14 мкм) инфракрасном диапазоне спектра. Показано, что в интервале рабочих температур от –40 до 60 °С система «афокальный рефракционно-дифракционный корректор — исходный объектив» способна формировать изображение в двойном спектральном инфракрасном диапазоне, включающем средне- (3,4–5,2 мкм) и длинноволновое (7,5–11,4 мкм) инфракрасное излучение, с контрастом, превышающим контраст изображения, формируемого исходным объективом при фиксированной температуре и только в длинноволновом диапазоне. Также показано, что если расширение спектрального диапазона не требуется, то с задачей успешно справляется афокальный корректор, состоящий только из двух рефракционных линз. Практическая значимость. Результаты настоящей статьи открывают возможность варьирования вариантов исполнения тепловизионного прибора, не изменяя оптическую схему его объектива и не внося существенные коррективы в элементы механической конструкции.
инфракрасный объектив, афокальный корректор, пассивная оптическая атермализация, двухслойная дифракционная микроструктура
Благодарность:исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-19-00081).
Коды OCIS: 110.0110, 220.0220
Список источников:1. Русинов М.М. Композиция оптических систем. Л.: «Машиностроение», 1989. 383 с.
Rusinov M.M. Composition of optical systems. Leningrad: "Mashinostroenie" Publ., 1989. 383 p.
2. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем. Л.: «Машиностроение», 1969. 672 с.
Slusarev G.G. Methods of calculating optical systems. Leningrad: "Mashinostroenie" Publ., 1969. 672 p.
3. Михельсон Н.Н. Оптика астрономических телескопов и методы ее расчета. М.: «Физматлит», 1995. 333 с.
Mikhelson N.N. Optics of astronomical telescopes and its calculation methods. Moscow: "Fizmatlit" Publ., 1995. 333 p.
4. Андреев Л.Н., Дегтярева Г.С., Ежова В.В. Симметричные компенсаторы сферической аберрации // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 1. С. 28–31.
Andreev L.N., Degtyareva G.S., Ezhova V.V. Symmetrical compensators of spherical aberration // Journal of Optical Technology. 2015. V. 82. Iss. 1. P. 21–23. https://doi.org/10.1364/JOT.82.000021
5. Андреев Л.Н., Ежова В.В., Цыганок Е.А., Кожина А.Д. Компенсаторы кривизны поверхности изображения и астигматизма // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 4. С. 12–16. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-04-12-16
Andreev L.N., Ezhova V.V., Tsyganok E.A., Kozhina A.D. Compensators of Petzval field curvature and astigmatism // Journal of Optical Technology. 2021. V. 88. Iss. 4. P. 175–177. https://doi.org/10.1364/JOT.88.000175
6. Иванов С.Е., Романова Г.Э. Использование двухкомпонентного афокального компенсатора в зеркально-линзовых системах для коррекции термоаберрации положения // Науч.-техн. вест. инф. технол., механики и оптики. 2017. Т. 17. № 3. С. 373–379. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2017-17-3-373-379
Ivanov S.E., Romanova G.E. Two-lens afocal compensator for thermal defocus correction of catadioptric system // Sci. Tech. J. Inf. Technol. Mech. Opt. 2017. V. 17. Iss. 3. P. 373–379. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2017-17-3-373-379
7. Laborde V., Loicq J., Hastanin J., Habraken S. Multilayer diffractive optical element material selection method based on transmission, total internal reflection, and thickness // Appl. Opt. 2022. V. 61. Iss. 25. P. 7415–7423. https://doi.org/10.1364/AO.465999
8. Mao S., Zhao J., He D. Analytical and comprehensive optimization design for multilayer diffractive optical elements in infrared dual band // Opt. Commun. 2020. V. 472. Article 125831. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2020.125831
9. CRYSTRAN [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.crystran.co.uk/optical-materials
CRYSTRAN [Electronic resource]. Access mode: https://www.crystran.co.uk/optical-materials
10. ISP Optics [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ispoptics.com/technical/optical-materials
ISP Optics [Electronic resource]. Access mode: https://ispoptics.com/technical/optical-materials
11. Tydex [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.tydexoptics.com/ru/materials/for_transmission_optics
Tydex [Electronic resource]. Access mode: https://www.tydexoptics.com/ru/materials/for_transmission_optics
12. CDGM HWS Family Infrared Chalcogenide Glass Data Sheet [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://cdgmgd.com/downloadFile.htm?id=12691
CDGM HWS Family Infrared Chalcogenide Glass Data Sheet [Electronic resource]. Access mode: http://cdgmgd.com/downloadFile.htm?id=12691
13. Hilton A.R. Chalcogenide glasses for infrared optics. N.Y.: The McGraw-Hill Companies, Inc., 2010. 279 p. ISBN:978-0-07-159698-5
14. NHG [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.hbnhg.com/down/data/9494829706.pdf
NHG [Electronic resource]. Access mode: http://www.hbnhg.com/down/data/9494829706.pdf
15. SCHOTT [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.schott.com/shop/advanced-optics/en/Samples-IRG-Chalcogenide/c/witness-samples-irg-chalcogenide
SCHOTT [Electronic resource]. Access mode: https://www.schott.com/shop/advanced-optics/en/Samples-IRG-Chalcogenide/c/witness-samples-irg-chalcogenide
16. VITRON [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.vitron.de/en/ir-glasses/specifications.php
VITRON [Electronic resource]. Access mode: https://www.vitron.de/en/ir-glasses/specifications.php
17. Amorphous Materials Inc. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.amorphousmaterials.com/products
Amorphous Materials Inc. [Electronic resource]. Access mode: https://www.amorphousmaterials.com/products
18. UMICORE [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://eom.umicore.com/en/infrared-solutions/infrared-optics/introducing-gasir
UMICORE [Electronic resource]. Access mode: https://eom.umicore.com/en/infrared-solutions/infrared-optics/introducing-gasir
19. Государственный оптический институт [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://goi.ru/production/glass/oxfree
State Optical Institute [Electronic resource]. Access mode: http://goi.ru/production/glass/oxfree
20. Rahmlow Jr.T.D., Lazo-Wasem J.E., Vizgaitis J.N., Flanagan-Hyde J. Dual-band antireflection coatings on 3rd Gen lenses // Proc. SPIE. 2011. V. 8012. Р. 80123D (9 p). https://doi.org/10.1117/12.888100
21. Greisukh G.I., Levin I.A., Ezhov E.G. Design of ultra-high-aperture dual-range athermal infrared objectives // Photonics. 2022. V. 9. Iss. 10. P. 742. https://doi.org/10.3390/photonics9100742
22. Левин И.А., Степанов С.А. Пассивная атермализация рефракционно-дифракционных пластмассово-линзовых объективов // Компьютерная оптика. 2017. Т. 41. № 5. С. 694–700. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2017-41-5-694-700
Levin I.A., Stepanov S.A. Passive athermalization of refractive-diffractive plastic lenses // Computer Optics. 2017. V. 41. Iss. 5. P. 694–700. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2017-41-5-694-700
23. Медведев А.В., Гринкевич А.В., Князева С.Н. Атермализация объективов прицельно-наблюдательных комплексов как средство обеспечения жизнедеятельности объектов БТВТ // Фотоника. 2016. Т. 56. № 2. С. 94–109.
Medvedev A.V., Grinkevich A.G., Knyazeva S.N. Athermalization of objectives of sighting and observation complexes as the means of functioning support of the facilities of Armament of Armored Force Vehicles (AAFV) // Photonics Russia. 2016. V. 56. Iss. 2. P. 94–109.
24. АСТРОН-64017-2. Микроболометрический матричный детектор. [Электронный ресурс]. URL: https://astrohn.ru/product/astrohn-64017-2/ (дата обращения 15.04.2023).
АСТРОН-64017-2. Microbolometrer matrix detector [Electronic resource]. Access mode: https://astrohn.ru/product/astrohn-64017-2/ (Accessed 04/15/2023).
25. ZEMAX [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.zemax.com/pages/opticstudio/
ZEMAX [Electronic resource]. Access mode: http://www.zemax.com/pages/opticstudio/
26. Грейсух Г.И., Ежов Е.Г., Захаров О.А., Казин С.В. Влияние побочных дифракционных порядков на качество изображения, формируемого рефракционно-дифракционной оптической системой среднего ИК-диапазона // Опт. и спектр. 2021. Т. 129. № 4. С. 378–384. https://doi.org/10.21883/OS.2021.04.50763.273-20
Greisukh G.I., Ezhov E.G., Zakharov O.A., Kazin S.V. Influence of secondary diffraction orders on the quality of image formed by a Mid-IR refractive-diffractive optical system // Opt. and Spectrosc. 2021. V. 129. Iss. 4. P. 482–488. https://doi.org/10.1134/S0030400X2104010X