Details

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.

Subject of the study. An afocal (refractive or refractive-diffractive) corrector, the inclusion of which in the optical channel of a modernized thermal imaging device allows expanding its functionality. Purpose of the study. To present a design methodology for afocal corrector that expands the operating spectral and temperature ranges of a thermal imaging device while maintaining the optical scheme and mechanical structure of its objective. The effectiveness of the methodology is confirmed by the achieved optical performance. Research method. Theoretical analysis and mathematical modeling using the equations of geometric optics and the rigorous theory of diffraction. Main results. A methodology has been developed for obtaining the initial parameters of an afocal corrector, which, along with the elimination of thermal defocusing, allows expanding the working spectral range while maintaining the aplanatic nature of the optical channel. The effectiveness of the proposed methodology is demonstrated by the example of calculating an afocal corrector coupled with an objective originally designed to operate at a fixed temperature and only with long-wavelength (7-14 mum) infrared radiation. It is shown that in the operating temperature range from -40 to 60 C the system "Afocal refractive-diffraction corrector - original objective" is capable of forming an image in a double spectral range, including medium- (3,4-5,2 mum) and long-wavelength (7,5-11,4 mum) infrared radiation, with a contrast exceeding the image contrast, formed by the original objective at a fixed temperature and only in the long wavelength range. It is also shown that if the expansion of the spectral range is not required, then an afocal corrector consisting of only two refractive lenses successfully copes with the task. Practical significance. The results of this paper open up the possibility of varying the versions of the thermal imaging device without changing the optical scheme of its objective and without making significant adjustments to the elements of the mechanical structure.