بخشی از مقاله
چکیده- در این مقاله طراحی یک سیستم دوربرد کاتادیوپتریک که در محدوده طول موج 3-5 میکرون کار می کند، گزارش شده است. این سیستم به نحوی طراحی شده که دارای ساده ترین نوع طراحی، کمترین وزن و طول ممکن باشد. این سیسنم لا ترکیبی از یک آبژکتیو اصلی و یک لنز رله طراحی شده تا به Cold Shield Efficiency %100 برسد. به منظور دستیابی به پارامترهای ذکر شده، آبژکتیو سیستم از یک سیستم کاسگرین با یک لنز اصلاح کننده در نظر گرفته شده.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر گرایش بسیار شدیدی به استفاده از دوربینهای حرارتی در صنایع نظامی و غیرنظامی به وجود آمده است. آنها در مقایسه با محدوده های طول موج مرئی، در تغییرات محیطی کمتر دچار پراکندگی شده و به این ترتیب برد بیشتری نسبت به پرتوهای نور مرئی دارند. از طرف دیگر گستردگی محدوده طول موج کاری آشکارسازهای این دوربینها نسبت به محدوده نور مرئی باعث می شود که بخش بزرگی از اطلاعات موجود در محیط در محدوده مادون قرمز قرار گرفته باشد. به همین دلیل با استفاده از این نوع دوربینها می توان اطلاعات کاملتری از محیط اطراف به دست آورد.
به این ترتیب دوربینهای حرارتی به عنوان ابزاری برای مشخص کردن توزیع حرارتی در محیط مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه دوربینهای حرارتی برای انجام عملیات تست غیر مخرب به منظور پیدا کردن اشکالات فنی سیستمها، در عملیات آتش نشانی کاربرد بسیار زیادی پیدا کرده اند.به این دلیل طراحی و ساخت دوربینهای حرارتی برای کاربردهای گوناگون امری مهم تلقی می گردد. در این مقاله طراحی اپتیکی یک سیستم حرراتی با کمترین تعداد لنز گزارش شده است. به علت سادگی طراحی و خصوصیات سطوح اپتیکی، این سیستم قابلیت ساخت بسیار خوبی داشته و از قابلیت کاربری بسیار بالایی هم دارد.
-1 طراحی
آشکارساز این مجموعه از نوع سردشونده با رزولوشن 320 X256 میکرون HgCdTe با اندازه پیکسل 30 میکرون است. فرکانس قطع در محیط تصویر - cycl/mm119 - Cut off Frequency و فرکانس نایکوئیست در محیط تصویر 16.6 cycl/mm است. طول اپتیکی سیستم حداکثر 160 میلی متر در نظر گرفته شده است. آشکار ساز سیستم حرارتی از نوع سرد شونده است تا جریان سیاه در شبکه بلوری سطح حساس آشکارساز به حداقل برسد. به همین دلیل مکانیزم سردکنندگی خاصی برای این آشکارسازها در طراحی و ساخته شده است. در این مکانیزم، آشکارساز در محفظه مخصوصی قرار میگرد. دریچه ورودی اینمحفظه به عنوان دیافراگم سیستم اپتیکی و در نتیجه مردمک خروجی آن شناخته می شود.
طراحی سیستم اپتیکی باید به گونه ای باشد که دهانه مردمک خروجی سیستم با قطر دسته پرتو فرودی به سطح حساس آشکار ساز کاملا یکسان باشد تا دهانه مردمک خروجی به طور کامل پر شود. این نوع سیستم حرارتی را Cold Shield Efficient می نامند. مکان مردمک خروجی و پر شدن کامل آن یکی از الزاماتی است که در فرایند طراحی باید رعایت کرد. جنس مواد به کار رفته در لنزهای این سیستم از مواد مادون قرمز است و ضریب عبور مادون قرمز همگی آنها با استفاده از فرایند لایه نشانی عبوری بیشتر شده است.
-1-2 طراحی سیستم مرتبه اول
همانطور که قبلا نوشته شده است، سیستم باید به گونه ای طراحی شود که قطر مردمک خروجی آن پر بوده و از طرف دیگر مردمک خروجی در خارج از سیستم واقع شده باشد. سیستم اپتیکی که قابلیت برآورده کردن این شرایط را دارد، ترکیبی از آبژکتیو و یک سیستم رله است. سیستم رله با تصویر نقطه کانونونی آبژکتیو روی صفحه حساس آشکارساز، باعث می شود که پرتوهای تمام نقاط واقع در میدان دید بدون Vignetting از دهانه مردمک خروجی عبور کنند.
-2-2 طراحی سیستم اولیه
در این مرحله به جای قسمتهای اپتیکی تشکیل دهنده سیستم مرتبه اول، اپتیک مناسب قرار داده می شود. اپتیک جانشین می تواند از لنز، آینه یا، در این طراحی، از ترکیب این دو تشکیل شده باشد. برای اپتیک با فاصله کانونی 180 میلی متر، طول اپتیکی 160 میلی متر نسبتا کوتاه است. به این دلیل باید آبژکتیو را سیستمی با طول کوتاه انتخاب کرد تا کل طول اپتیکی سیستم کوتاه باقی بماند. برای آبژکتیو، یک سیستم آینه ای کاسگرین در نظر گرفته شده است.
به منظور اصلاح ابیراهی کروی و با توجه به قابلیتهای سیستم مکسوتف، یک لنز اصلاح گر ابیراهی جلوتر از دو آینه به عنوان ورودی پرتوها به سیستم در نظر گرفته شد. با استفاده از دو آینه هزینه ساخت سیستم پایین آمده و از پیچیدگی آن کم خواهد شد. - شکل - 2 برای طراحی سیستم رله، از یک ترکیب مناسب از دو لنز در نظر گرفته شده است. با توجه به طول نسبتا کم این سیستم، - شکل - 3 از لحاظ اصلاح ابیراهی موجود در سیستم قابلیت بسیار بیشتری نسبت به دیگر مدلهای سیستم رله دارد.
-2 بهینه سازی:
در سیستم تشکیل شده از آبژکتیو و رله، تاثیر گذار ترین ابیراهی، Lateral Color یا رنگی عرضی است . به دلیل وجود ابیراهی کروی - رنگی اصلاح نشده در آبژکتیو که باعث عدم عبور پرتو اصلی طول موجهای مختلف از مرکز مردمک خروجی شده و به این ترتیب ابیراهی رنگی عرضی نسبتا شدیدی بر سیستم اعمال خواهد شد . علاوه بر این ابیراهی خمش میدان نسبتا قابل توجهی در سیستم اولیه وجود دارد که باید با توجه به ترکیب مناسب قدرت اپتیکی لنزها مقدارش را کم کرد.
