Расчет миниатюрного реверсивного телеобъектива тепловизионного диапазона

Ссылка для цитирования:

Батшев В.И., Крюков А.В. Расчет миниатюрного реверсивного телеобъектива тепловизионного диапазона // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 7. С. 89–98. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-07-89-98

Batshev V.I., Kryukov A.V. Design of a compact long-wavelength infrared inverse telephoto lens [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 7. P. 89–98. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-07-89-98

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Методика расчета оптической системы миниатюрного тепловизионного объектива, предназначенного для использования в составе компактного мультиспектрального устройства с одномоментной регистрацией нескольких спектральных изображений на единый матричный приемник излучения. Цель работы. Разработка принципиальной схемы построения оптической системы миниатюрного объектива тепловизионного диапазона (8–14 мкм), а также методики ее расчета. Метод. Предлагаемое решение основано на комбинации композиционного метода синтеза оптических систем с алгебраическим методом, основанным не теории аберраций третьих порядков. Объектив строится по схеме реверсивного телеобъектива и состоит из базового двухлинзового склеенного компонента и коррекционного элемента в виде двух менисков, исправляющих астигматизм и кривизну поверхности изображения. Основные результаты. Предложены схема построения миниатюрного тепловизионного реверсивного телеобъектива и методика синтеза его оптической системы, основанная на теории аберраций третьих порядков. Проведены габаритный и аберрационный расчеты, выполнена оценка качества формируемого объективом изображения. Объектив демонстрирует степень коррекции, близкую к дифракционной, при нормальной светосиле и высоком угловом поле. При этом его итоговая оптическая система не подвергалась автоматизированной коррекции. Практическая значимость. Предложенный объектив может использоваться для различных приложений, в частности в составе мультиспектральной тепловизионной системы, способной решать задачи по сбору пространственно-спектральных данных, что может быть полезным для дистанционного зондирования, экомониторинга и в других приложениях. Малые габариты объектива обуславливают возможность использования его в составе компактного устройства, устанавливаемого на подвижный носитель.

Ключевые слова:

мультиспектральная камера, синтез тепловизионного объектива, длинноволновый инфракрасный диапазон, объектив длинноволнового инфракрасного диапазона

Благодарность:

работа выполнена в рамках Государственного задания НТЦ УП РАН (проект FFNS-2022-0010).

Коды OCIS: 110.4234, 110.0110, 110.6820, 120.4820

Список источников:

Johnson W.R., Wilson D.W., Fink W., et al. Snapshot hyperspectral imaging in ophthalmology // J. Biomed. Opt. 2007. V. 12. № P. 014036. http://dx.doi.org/10.1117/1.2434950
Qin J., Chao K., Kim M.S., Lu R., Burks T.F. Hyperspectral and multispectral imaging for evaluating food safety and quality // J. Food Eng. 2013. V. 118. № P. 157–171. http://dx.doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2013.04.001
Laamrani A., Berg A.A., Voroney P., et al. Ensemble identification of spectral bands related to soil organic carbon levels over an agricultural field in Southern Ontario, Canada // Remote Sens. 2019. V. 11. № 11. P. 1298. http://dx.doi.org/10.3390/rs11111298
Schucknecht A., Reinermann S., Kiese R. Estimating aboveground biomass and nitrogen concentration in grasslands with multispectral and hyperspectral satellite data // Optica Sensing Congress 2023 (AIS, FTS, HISE, Sensors, ES). Munich, Germany. 30 July – 03 August, 2023. P. HM1C.2.
Hagen N.A., Kudenov M.W. Review of snapshot spectral imaging technologies // Opt. Eng. 2013. V. 52. № 9. P. 090901. https://doi.org/10.1117/1.OE.52.9.090901
Батшев В.И., Крюков А.В., Новиков Д.А. Варианты построения мультиапертурного объектива для формирования нескольких спектральных изображений // Тез. докл. XVI междунар. науч.-техн. конф. «Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации (ARMIMP-2023)». Суздаль, Россия. 09–12 октября 2023. С. 239–243. http://doi.org/10.25210/armimp-2023-TNIJBO
Батшев В.И., Крюков А.В., Мачихин А.С. и др. Оптическая система мульти-спектральной видеокамеры // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 11. С. 113–123. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-11-113-123
Магунов А.Н. Спектральная пирометрия (обзор) // Приборы и техника эксперимента. 2009. № 4. С. 5–2
Gålfalk M., Olofsson G., Crill P., et al. Making methane visible // Nat. Clim. Chang. 2016. V. 6. № 4. P. 426–430. https://doi.org/10.1038/nclimate2877
Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем: уч. пособ. Л.: Машиностроение, 1969. 672 c.
Русинов М.М. Композиция оптических систем: уч. пособ. Л.: Машиностроение, 1989. 383 с.
Ровенская Т.С., Крюков А.В. Методика расчета оптических схем широко-угольных реверсивных телеобъективов несимметричной конструкции // Вестник МГТУ: Приборостроение. 2000. Т. 40. № 3. С. 109–116.
Батшев В.И., Крюков А.В. Расчет миниатюрных оптических систем несимметричного типа // Тез. докл. X междунар. науч.-техн. конф. «Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации (ARMIMP-2017)». Суздаль, Россия. 01–04 октября 2017. С. 195–197.
Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем: уч. пособ., 4-е изд. СПб.: Лань, 2022. 448 с.
Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Расчет и проектирование оптических систем: уч. пособ. М.: Логос, 2000. 584 с.
Сушков А.Л. О нормировках начальных параметров первого и второго вспомогательных лучей при расчёте коэффициентов аберраций Зейделя в программах OPAL, OSLO, Zemax // Контенант. 2018. Т. 17. № 3. С. 123–128.