Оптическая система со сканируемым полем зрения

 

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СО СКАНИ-. РУЕМЬ1М ПОЛЕМ ЗРЕНИЯ, содержащая выпуклое и вогнутое асферические зеркала. .установленные соосно с общим фокусом , и основное плоское поворотное зеркало, отличающаяся тем, что, с целью повьшения точности сканирования при одновременной коллимации входного и выходного пучков, асферические зеркала вьшолнены параболическими , а оптическая система снабжена дополнительным плоским зеркалом , установленным с возможностью поворота совместно с основным плоским зеркалом вокруг оси, проходящей через общий фокус параболических зеркал и через дополнительное плоское зеркало так, что укзанная ось, нормаль к дополнительному плоскому зеркалу 4V в точке его пересечения этой осью и нормаль к основному плоскому зеркалу лежат в одной плоскости. со ел isd 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ОВФ Л

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГО ДЕЛАМ ИИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Риг.! (21) 3568050/18-10 (22) 24.03.83 (46) 30.05.84. Бюл. к- 20 (72) В.М. Гримблатов, Н.Н; Фащевский и P.À. Петренко (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. И.И.Мечникова (53) 535.8(088.8) (56) 1. Льюси, Питерс и др. Точная лазерная автоматическая система слежения. "Зарубежная радиоэлектроника", 1967, 11- 1, с. 3-7.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 492842, кл. С 02 В 17/08, 1974 (прототип). (54)(57) ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СО СКАНИ-.

РУЕМЫМ ПОЛЕМ ЗРЕНИЯ, содержащая выпуклое и вогнутое асферические зеркала, SU.„1095123 Л

Эцр Я- 02 В 17/00, 6 02 В 27/17 установленные соосно с общим фоку1 сом, и основное плоское поворотное зеркало, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности сканирования при одновременной коллимации входного и выходного пучков, асферические зеркала выполнены параболическими, а оптическая система снабжена дополнительным плоским зеркалом, установленным с возможностью поворота совместно с основным плоским зеркалом вокруг оси, проходящей через общий фокус параболических зеркал и через дополнительное плоское зеркало так, что укзанная ось, нормаль к дополнительному плоскому зеркалу в точке его пересечения этой осью и нормаль к основному плоскому зеркалу лежат в одной плоскости.

1095123

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к зеркальным системам телескопического типа, и может найти применение в сканирующих системах, в частности в оптической связи, в системах поиска, слежения и локации космических объектов.

Известна сканирующая оптическая

10 система, содержащая основную оптическую систему и поворотное плоское зеркало, установленное вне основной оптической системы 1.1 3.

Существенным недостатком системы является малая точность сканирования

15 погрешность которого, в силу удвоения угла при отражении от плоского зеркала, вдвое больше погрешности (поворотного механизма. Кроме того, 1система характеризуется низкой скоростью сканирования, зависящей от инертности массивного плоского зеркала, размер которого превышает примерно в полтора раза величину наибольшего силового компонента.

Известен зеркальный объектив, содержащий вогнутое и выпуклое асферические зеркала, между которыми в центре кривизны поверхности изображения размещено поворотное плоское зерка- 30 ло 1.2 3.

Недостатком данного устройства является низкая точность сканирования пз-за того, что коэффициент повышения точности сканирования, определяемый как отношение угла поворота плоского зеркала к углу сканирования (углу поворота луча), не превышает 4,5.

Кроме того, в устройстве пучок на выходе сходится, т.е. оно не о ес- 40 печивает одновременно со сканированием коллимацию пучка, что не позволя. ет наряду с использованием устройства для приема излучения, использовать

его для передачи КОллимация с ДОмОЩью 45 . вспомогательной системы вносит дополнительные потери и искажения.

Целью изобретения является повышение точности сканирования при одно50 довременной коллимации входного и выходного пучков.

Поставленная цель достигается тем, что в оптической системе со сканируемым полем зрения, содержащей выпуклое и вогнутое асферические зеркала, 55 установленные соосно с общим фокусом, и основное плоское поворотное зеркало, асферические зеркала выполнены параболическими, а оптическая система снабжена дополнительным плоским зеркалом, установленным с возможностью поворота совместно с основным плоским зеркалом вокруг оси, проходящей через общий фокус параболических зеркал и через дополнительное плоское зеркало, так, что указанная ось, нормаль к дополнительному плоскому зеркалу в точке его пересечения с этой осью и нормаль к основному плоскому зеркалу лежат в одной плоскости.

На фиг. 1 изображена принципиальная оптическая схема оптической системы со сканируемым полем зрения, вид сбоку; на фиг. 2 — то же, вид сверху; на фиг. 3 — схема, поясняющая работу устройства.

Оптическая система состоит из

1вогнутого 1 и выпуклого 2 силовых отражающих компонентов, которые расположены соосно и имеют общий фокус

Между силовыми отражающими компонентами 1 и 2 установлено основное плоское поворотное зеркало 3. Дополнительное плоское зеркало 4 установлено на оси, проходящей через фокус

F с возможностью совместного поворота с основным плоским зеркалом 3 вокруг общей оси (фиг. 1 и 2).

Оптическая система работает следующим образом, Узкий квазипараллельный пучок излучения лазера направляется так, что ось этого пучка проходит через точку

F — общий фокус вогнутого 1 и выпуклого 2 силовых отражающих компонентов, Лучок отражается дополнительным зеркалом 4 и попадает на основное поворотное зеркало 3, после отражения от которого попадает на выпуклый компонент 2, отражаясь от которого расходится и попадает на вогнутый силовой компонент 1, После него, расширенный и коллимированный, уходит в пространство.

При сканировании плоские зеркала

3 и 4 совместно поворачиваются вокруг оси, проходящей через точку F и плоское зеркало. При этом осевой луч пучка, отраженный плоским зеркалом 3, проходит через эту же точку и пересекает поверхность силового компонента 2 в точке А (фиг.3).

В силу свойств параболических отражающих поверхностей схемы Херсена луч, отраженный компонентом 2 (фо1095123 4 кусом которого является точка Г ), проходит параллельно главной оптичес" кой оси и пересекает компонент 1.в точке В. После чего луч, отраженный компонентом 1, опять проходит через точку F . Поскольку высота точек А и В над главной оптической осью одинакова (обозначим ее H ), а расстояния точек О и О от точки 1 являются главными фокусными расстояниями ком- 10 понентов 1 и 2 (обозначим их и „,я и

f, то при повороте входящего пучВО Н

I ка йа угол ф, выходящий пучок синхронно повернется на угол р =2acrtg г (- - — - - ), при этом коэффици. gain ент повышения точности сканирования

K = /N.

Как известно, схема Иерсена афокальна и в ней строго исправлены сферическая аберрация и астигматизм и выполняется условие синусов, т.е.

"исправлена также и кома.

Благодаря афокальности примененной схемы в оптической системе без участия какой-либо всномогательной

25 оптики происходит преобразование узкого пучка в пространстве изображений в широкий в пространстве предметов, т.е. коллимация вводимого в систему пучка. 30

Коэффициент коллимации определяется отношением ширины широкого пучка к ширине узкого пучка в зрачках оптической системы.

Коллимация используется также для 3S повышения точности сканирования. При наклоне оси узкого пучка к оптической оси системы на некоторый угол ось широкого пучка, в силу уменьшения расходимости, отклонится на меньший 40 угол и влияние погрешности устройства, задающего наклон узкого пучка, соответственно уменьшится,В отличии от прототипа, коэффициент повышения точности сканирования в данной систе-. 45 ме зависит от параметров оптической схемы (соотношения фокусов обоих силовых компонентов), что позволяет значительно повысить соответствующую" точность сканирования, достигаемую 10 в прототипе.

Равномерное распределение плотности излучения в коллимированном пучке обеспечивается отсутствием в схеме Мерсена сферической аберрации, комы и астигматизма. Однако последний исправляется строго только в том случае, когда центры входного и выходного зрачков совпадают с общим фокусом обоих силовых компонентов. Этим, определяется положение оси поворота узкого пучка, которая должна проходить через центр входного или выходного зрачка.

B оптических системах оптико-электронных устройств источник излучения, при работе устройства на передачу, или приемник излучения, при работе на прием, при совместной работе, при осуществлении сканирования должны оставаться неподвижными. Выполнение этого требования достигается применением двух плоских поворотных зеркал, одно из которых пересекается поворотной осью, вдоль которой первоначально направлен узкий пучок, причем это зеркало наклонено таким образом, что отраженный от него узкий пучок попадает на второе плоское зеркало, в свою очередь наклоненное таким образом, что отраженный от него узкий пучок попадает на вогнутый отражающий компонент, а ось этого пучка направлена на общий фокус силовых компонентов (см. фиг. 1). Поскольку сама поворотная ось тоже проходит через эту точку, то отрезки оси узкого пучка, заключенные между фокусом и зеркалами и между самими зеркалами, являются сторонами треугольника, сумма углов которого, как известно, составляет 180, а биссектрисы углов, являющиеся в данном случае нормалями к плоским зеркалам, лежат в одной плоскости. Например, в оптической системе, собранной по указанной схеме, где вогнутое зеркало имеет параметры:

R 6000 мм, е 1; 4 300 мм, выпуклое зеркало имеет параметры: R>60 мм, е 1; ф 10 мм, расстояние между параболическими зеркалами — 2970 мм, коэффициент коллимации равен 100. Чтобы просканировать этой оптической системой угол 5 9,4" (участок длиной

1,5 км на удалении .1000 км), плоские зеркала должны развернуться на угол 8О35 25,2".

В указанном устройстве точность сканирования в 22 раза выше, чем в известном устройстве.

Применение предлагаемой оптической системы со сканируемым полем зрения позволяет при сканировании внутри небольших углов резко повысить разрешающую способность и дальнодействие оптико-электронных комплексов.

1095123

Составитель В. Дринь 1

Редактор М. Бандура Техред Т.дубинцак Корректор 0, Тигор

Заказ 3592/28 Тираж 497 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4