Honeywell Aerospace HGuide i700
Trillium Gimbals
Wolf Advanced Technology
Czołowi światowi dostawcy

Soczewki achromatyczne

Soczewki achromatyczne to układy optyczne zaprojektowane w celu ograniczenia aberracji chromatycznej poprzez skupianie wybranych długości fal w jednym lub bardzo zbliżonym punkcie ogniskowym. W systemach obronnych zapewniają one spójne obrazowanie i kontrolę wiązki w określonych zakresach widma w celownikach broni, czujnikach elektrooptycznych, sprzęcie obserwacyjnym, zespołach laserowych oraz systemach namierzania.

Na tej stronie przedstawiono czołowych producentów soczewek achromatycznych, których produkty znajdują zastosowanie w obrazowaniu taktycznym, czujnikach, laserach oraz systemach namierzania.

Przeczytaj Przegląd technologii

Producenci soczewek achromatycznych

MKS | Ophir
MKS | Ophir

Optyka termowizyjna: wspierająca doskonałość systemów obserwacji elektronicznej w sektorze obronnym

Torrent Photonics
Torrent Photonics

Precyzyjne rozwiązania optyczne i fotoniczne dla systemów obrazowania, wykrywania i namierzania w sektorze obronnym

Zaprezentuj swoje możliwości

Jeśli projektujesz, budujesz lub dostarczasz Soczewki achromatyczne, Załóż profil, aby zaprezentować swoje możliwości i nawiązać kontakt z osobami, które aktywnie poszukują Twoich rozwiązań.

Utwórz profil dostawcy

Przegląd soczewek achromatycznych stosowanych w optycznych systemach obronnych

William Mackenzie

Aktualizacja:

Wprowadzenie do soczewek achromatycznych

Soczewka achromatyczna to układ optyczny zaprojektowany w celu zmniejszenia aberracji chromatycznej poprzez doprowadzenie dwóch wybranych długości fal światła do w przybliżeniu tej samej pozycji ogniskowej, przy jednoczesnym ograniczeniu zmienności ogniskowej w całym pasmie spektralnym pomiędzy nimi. Większość soczewek achromatycznych składa się z elementów optycznych wykonanych ze szkła o różnych właściwościach refrakcyjnych i dyspersyjnych, co pozwala na skuteczniejszą korekcję błędów ogniskowania zależnych od długości fali niż w przypadku soczewek jednoelementowych.

W systemach optycznych stosowanych w sektorze obronnym soczewki achromatyczne wykorzystuje się tam, gdzie wymagana jest stała jakość obrazu lub kontrola wiązki w określonym zakresie widma. Mogą one stanowić część celowników broni, elektrooptycznych systemów obrazowania, sprzętu obserwacyjnego, zespołów laserowych, optyki czujników oraz systemów namierzania, w których aberracja chromatyczna mogłaby w przeciwnym razie obniżyć ostrość, kontrast lub dokładność ustawiania ostrości.

Podstawowe funkcje soczewek achromatycznych w systemach optycznych stosowanych w obronności

Korekcja aberracji chromatycznej

Soczewka achromatyczna firmy Torrent Photonics

Soczewki achromatyczne o powierzchni asferycznej firmy Torrent Photonics

Aberracja chromatyczna występuje, ponieważ różne długości fal światła ulegają różnemu załamaniu podczas przechodzenia przez materiał optyczny. Soczewka achromatyczna ogranicza to zależne od długości fali przesunięcie ogniskowej poprzez połączenie elementów o uzupełniających się właściwościach dyspersyjnych. Konwencjonalne achromaty są zazwyczaj projektowane tak, aby doprowadzić dwie długości fal do wspólnego ogniska, jednocześnie redukując resztkowy błąd chromatyczny w całym paśmie roboczym. Pomaga to ograniczyć widoczne obwódki barwne i poprawia spójność ostrości.

Ogniskowanie wielofalowe

Soczewki achromatyczne są szczególnie przydatne, gdy układ optyczny musi obsługiwać więcej niż jedną długość fali lub stosunkowo szerokie pasmo spektralne. Poprzez skupianie wybranych długości fal w jednym wspólnym lub ściśle dopasowanym ognisku konstrukcja achromatyczna może poprawić jakość obrazowania w układach łączących oświetlenie widzialne, czułość w bliskiej podczerwieni, wiele długości fal laserowych lub inne sygnały optyczne.

Ostrość i kontrast obrazu

Zmniejszenie chromatycznych błędów ogniskowania pomaga zachować wyrazistość krawędzi, drobne szczegóły oraz kontrast obrazu. Może to mieć istotne znaczenie w kamerach monitorujących, celownikach broni, systemach namierzania celów oraz innym sprzęcie obrazującym, w którym drobne elementy muszą pozostawać rozróżnialne w całym zamierzonym zakresie spektralnym i w zmiennych warunkach oświetleniowych.

Ogniskowanie i kolimacja wiązki

Soczewki achromatyczne mogą skupiać światło rozbieżne lub kolimować je w wiązkę bardziej równoległą, jednocześnie ograniczając zależne od długości fali zmiany położenia ogniska. Funkcje te są przydatne w dalmierzach laserowych wykorzystujących wiele długości fal, oświetleniu, rozszerzaniu wiązki, czujnikach oraz innych systemach optycznych, w których różne długości fal mogą przechodzić przez ten sam zespół soczewek.

Powiększenie optyczne i przekazywanie obrazu

Soczewki achromatyczne można wbudowywać w układy powiększające i zespoły przekazujące obraz w celu przenoszenia lub powiększania obrazu przy jednoczesnym ograniczeniu zniekształceń chromatycznych. Dzięki temu nadają się one do układów optycznych stosowanych w celownikach, systemach obserwacyjnych, zespołach czujników oraz innych urządzeniach zawierających wiele stopni soczewkowych.

Szerokopasmowe sprzężenie czujników i detektorów

W systemach czujnikowych soczewki achromatyczne mogą zbierać i skupiać przychodzącą energię optyczną na czujnikach obrazu, fotodiodach lub innych detektorach. Zmniejszona zmienność położenia ogniskowej w całym zaprojektowanym paśmie spektralnym pomaga utrzymać stałą ostrość w sytuacjach, gdy detektor reaguje na wiele długości fal, a nie na jedną wąską długość fali.

Główne typy soczewek achromatycznych

Achromatyczne soczewki dwuelementowe firmy Torrent Photonics

Dulety achromatyczne firmy Torrent Photonics

Soczewki achromatyczne można klasyfikować według układu elementów i mocy optycznej, przy czym niektóre kategorie mogą się pokrywać. Na przykład dublet achromatyczny może być klejony lub z przestrzenią powietrzną oraz może mieć moc optyczną dodatnią lub ujemną. Wybór odpowiedniej konstrukcji zależy od zakresu długości fal, ogniskowej, apertury, parametrów optycznych oraz wymagań integracyjnych.

Typ Konfiguracja Kluczowe cechy Typowe zastosowanie
Dublet achromatyczny Dwa elementy optyczne Powszechne podejście do korekcji chromatycznej Optyka obrazowa, czujnikowa oraz optyka laserowa wielofalowa
Dublet cementowany Dwa elementy połączone Kompaktowa konstrukcja o ograniczonej liczbie granic faz powietrze–szkło Uniwersalne zespoły optyczne
Duplikat z przestrzenią powietrzną Dwa oddzielne elementy Dodatkowa zmienna odległość służąca kontroli aberracji Układy optyczne wymagające dodatkowej elastyczności projektowej
Trójelementowy układ achromatyczny Trzy elementy Większa elastyczność w zakresie korekcji aberracji Bardziej wymagające układy obrazujące
Achromat dodatni Dodatnia moc optyczna netto Zbiega światło Ogniskowanie i obrazowanie
Achromat ujemny Ujemna moc optyczna netto Rozprasza światło Rozszerzanie wiązki i złożone układy optyczne

Materiały optyczne stosowane w soczewkach achromatycznych

Wybór materiału ma bezpośredni wpływ na dyspersję, przepuszczalność, właściwości termiczne oraz ogólną wydajność optyczną.

  • Kombinacje szkła koronowego i flintowego: W tradycyjnych konstrukcjach achromatycznych łączy się szkła o różnych współczynnikach załamania światła i charakterystykach dyspersji, tak aby ich aberracje chromatyczne częściowo się znosiły.
  • Szkła optyczne o niskiej dyspersji: Materiały o niższej dyspersji umożliwiają lepszą kontrolę długości fali w sytuacjach, w których wymagane jest ograniczenie chromatycznego przesunięcia ogniskowego.
  • Materiały dla zakresu widzialnego i bliskiej podczerwieni: Dobór szkła można zoptymalizować pod kątem pasma spektralnego wykorzystywanego przez system obrazowania, detektor, źródło światła lub źródło laserowe.
  • Współczynnik załamania światła i liczba Abbego: Właściwości te wpływają na moc optyczną i dyspersję oraz mają kluczowe znaczenie przy doborze kompatybilnych kombinacji szkieł do soczewki achromatycznej.
  • Właściwości środowiskowe i termiczne: Rozszerzalność cieplna, zmiany współczynnika załamania światła w zależności od temperatury, wytrzymałość mechaniczna oraz odporność na czynniki środowiskowe mogą wpływać na parametry optyczne w zainstalowanych systemach.

Cechy te należy uwzględnić wraz z ogniskową, aperturą, rozmiarem, powłokami oraz wymaganiami środowiskowymi na poziomie systemu.

Porównanie z innymi konstrukcjami soczewek optycznych

Soczewki achromatyczne zajmują pozycję pośrednią pomiędzy prostymi układami optycznymi składającymi się z jednego elementu a zespołami optycznymi zaprojektowanymi z myślą o bardziej rozbudowanej korekcji aberracji.

  • Soczewki jednoskładnikowe: Soczewka jednoskładnikowa składa się z jednego elementu optycznego i zazwyczaj zapewnia mniejszą korekcję aberracji chromatycznej niż układ achromatyczny.
  • Soczewki apochromatyczne: Konstrukcje apochromatyczne zapewniają bardziej rozbudowaną korekcję aberracji chromatycznej i są zazwyczaj stosowane tam, gdzie wymagana jest ściślejsza kontrola w zakresie wielu długości fal lub szerszego zakresu spektralnego.
  • Soczewki asferyczne: Powierzchnie asferyczne są wykorzystywane przede wszystkim do kontroli aberracji geometrycznych, takich jak aberracja sferyczna, i mogą zmniejszyć liczbę elementów wymaganych w niektórych układach optycznych.
  • Dyfrakcyjne elementy optyczne: Elementy dyfrakcyjne manipulują światłem poprzez dyfrakcję zależną od długości fali i mogą być wykorzystywane do specjalistycznego kształtowania wiązki lub jako część układów zaprojektowanych w celu kontroli aberracji chromatycznych lub innych aberracji optycznych.
  • Korekcja achromatyczna i asferyczna: Niektóre układy optyczne łączą pary materiałów achromatycznych z powierzchniami asferycznymi w celu kontroli zarówno aberracji chromatycznych, jak i geometrycznych.

Optymalne podejście zależy od zakresu długości fal, wymagań dotyczących jakości obrazu, ograniczeń konstrukcyjnych, warunków środowiskowych oraz stopnia złożoności produkcji.

Kwestie związane z integracją kompletnych układów optycznych

Soczewkę achromatyczną należy dobrać i zainstalować jako część kompletnego układu optycznego, a nie traktować wyłącznie jako odizolowany element.

  • Dopasowanie soczewek do przetworników obrazu: Ogniskowa, krąg obrazowy, rozdzielczość, charakterystyka spektralna oraz wymiary przetwornika powinny być zgodne z detektorem.
  • Integracja z filtrami i okienkami: Dodatkowe elementy optyczne mogą wpływać na przepuszczalność, ostrość, aberracje oraz efektywne charakterystyki spektralne systemu.
  • Wieloczęściowe zespoły optyczne: Soczewki achromatyczne mogą współpracować z innymi elementami w celu uzyskania wymaganego pola widzenia, powiększenia, ogniskowej oraz korekcji aberracji.
  • Wyrównanie optyczne i ustawianie osi: Centrowanie soczewek, odstępy między nimi, ich nachylenie oraz wyrównanie względem osi optycznej systemu mogą bezpośrednio wpływać na jakość obrazu i dokładność celowania.
  • Światło rozproszone i odbicia wewnętrzne: Powłoki optyczne, przegrody, geometria mechaniczna oraz rozmieszczenie elementów pomagają ograniczyć niepożądane odbicia i światło rozproszone.
  • Kontrola aberracji na poziomie systemu: Korekcja aberracji chromatycznej musi być zrównoważona względem aberracji sferycznej, komy, astygmatyzmu, krzywizny pola, zniekształceń oraz innych błędów optycznych w całym zespole.

Producenci soczewek achromatycznych mogą zatem dostarczać standardowe komponenty do integracji z istniejącymi systemami lub opracowywać niestandardowe konfiguracje optyczne dostosowane do wymaganych pasm długości fal, apertur, ogniskowych, warunków środowiskowych oraz ograniczeń mechanicznych.