Устройство для дистанционного получения изображений в широком угле обзора (варианты)

Устройство предназначено для получения изображений, в том числе, поверхности Земли из космоса и с воздушных носителей различного класса. Устройство содержит по крайней мере один информационный канал, включающий объектив, фильтр и многоэлементный приемник. Фильтр выполнен из двух линз, образующих плоскопараллельную пластину, выполненных из одного материала с равными радиусами кривизны их сферических поверхностей и нанесенными на них интерференционными покрытиями, формирующими в совокупности с материалом линз спектральный диапазон устройства. Фильтр может быть установлен между объективом и приемником излучения. В этом случае первая линза выполнена плосковыпуклой, вторая - плосковогнутой, а центр радиуса кривизны сферической поверхности плосковыпуклой линзы совмещен с центром выходного зрачка объектива. Фильтр может быть установлен перед объективом. В этом случае первая линза выполнена плосковогнутой, вторая - плосковыпуклой, а центр радиуса кривизны сферической поверхности плосковогнутой линзы совмещается с центром входного зрачка объектива. Технический результат - достижение постоянства границ спектральной чувствительности и уровня пропускания устройства во всей зоне угла обзора и, следовательно, повышение точности измерений. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для получения изображений поверхности Земли из космоса и с воздушных носителей различного класса. Одним из практических применений заявляемого устройства являются измерения цвета океана в оптическом диапазоне спектра, требующие выполнения съемки при широких углах обзора в узких спектральных диапазонах (10-30 нанометров).

Известно оптико-электронное устройство для дистанционного получения спектрозональных изображений из космоса, содержащее последовательно установленные и оптически связанные между собой объектив, фильтры и линейные многоэлементные приемники излучения (Елизаренко А.С., Соломатин В.А., Якушенков Ю.Г. "Оптико-электронные системы в исследованиях природных ресурсов", М.: Недра, 1984 г., стр.191). В процессе работы устройства приемники излучения ориентированы перпендикулярно направлению полета носителя и формируют строку изображения, а собственное движение летательного аппарата обеспечивает сканирование поверхности вдоль направления полета. Последовательно установленные фильтры устройства обеспечивают последовательное спектральное разделение потока, прошедшего объектив. Фильтры выполняются в виде одной или нескольких плоскопараллельных пластин из оптического или цветного стекла, на которые нанесено интерференционное покрытие, и формируют заданные спектральные диапазоны съемки. Количество приемников излучения в устройстве от одного до N определяет количество информационных каналов от одного до N.

Известное устройство для дистанционного получения изображений в заданной области спектра по функционально-структурной схеме наиболее близко к изобретению и выбрано в качестве прототипа.

Недостатком известного устройства является то, что при угле поля зрения более 30° и ширине спектральных диапазонов менее 100 нанометров точность результатов измерений на краях поля зрения снижается. Это вызвано зависимостью положения границ пропускания и крутизны их фронта, а также уровня пропускания интерференционного фильтра от угла падения лучей на фильтр, так при углах падения лучей на фильтр 20-45° смещение границ пропускания составляет от 10 до 100 нанометров в зависимости от длины волны падающего излучения.

Техническим результатом заявленного изобретения является достижение постоянства границ спектральной чувствительности устройства и уровня пропускания устройства во всей зоне угла обзора и, следовательно, повышение точности измерений.

Технический результат достигается тем, что предложено устройство для дистанционного получения изображений, содержащее, по крайней мере, один информационный канал, включающий объектив, фильтр и многоэлементный приемник.

Фильтр выполнен из двух склеенных либо установленных с зазором линз, образующих плоскопараллельную пластину и выполненных из одного материала с равными радиусами кривизны их сферических поверхностей и нанесенными на них интерференционными покрытиями, формирующими в совокупности с материалом линз спектральный диапазон устройства.

При фильтре, установленном между объективом и приемником излучения, первая линза выполняется плосковыпуклой, вторая - плосковогнутой, а центр радиуса кривизны сферической поверхности плосковыпуклой линзы совмещается с центром выходного зрачка объектива.

При фильтре, установленном перед объективом и приемником излучения, первая линза выполняется плосковогнутой, вторая - плосковыпуклой, а центр радиуса кривизны сферической поверхности плосковогнутой линзы совмещается с центром входного зрачка объектива.

При выполнении в устройстве нескольких информационных каналов оптические материалы элементов фильтров и характеристики интерференционных покрытий могут быть различными, а оптические оси информационных каналов могут быть параллельными.

Схема заявленного устройства для дистанционного получения изображений поясняется фиг.1-3.

На фиг.1 представлена функционально-структурная схема устройства для дистанционного получения изображений с одним информационным каналом и фильтром после объектива.

На фиг.2 представлена функционально-структурная схема устройства для дистанционного получения изображений с одним информационным каналом и фильтром перед объективом.

На фиг.3 представлена функционально-структурная схема устройства для дистанционного получения изображений с двумя информационными каналами и фильтрами после объектива.

На фиг.1 представлено устройство дистанционного получения изображений с одним информационным каналом и фильтром после объектива, содержащее объектив 1, фильтр, состоящий из плосковыпуклой линзы 2, на сферическую поверхность которой нанесено интерференционное покрытие, и плосковогнутой линзы 3, на сферическую поверхность которой нанесено интерференционное покрытие, многоэлементный приемник излучения 4.

На фиг.2 представлено устройство дистанционного получения изображений с одним информационным каналом и фильтром перед объективом, содержащее фильтр, состоящий из плосковогнутой линзы 5, на сферическую поверхность которой нанесено интерференционное покрытие, и плосковыпуклой линзы 6, на сферическую поверхность которой нанесено интерференционное покрытие.

На фиг.3 представлено устройство дистанционного получения изображений с двумя информационными каналами и фильтрами после объектива.

Пример работы заявленного устройства для дистанционного получения изображений.

Поток излучения от исследуемой поверхности поступает на объектив 1 и, пройдя фильтр (линзы 2, 3), фокусируется на многоэлементном приемнике излучения 4, линейном или матричном. Фильтр устройства выполняется из двух линз, первая из которых плосковыпуклая 2, вторая плосковогнутая 3. Радиусы кривизны сферических поверхностей линз равны, а сами линзы выполнены из одного материала (оптического или цветного стекла). Линзы могут быть установлены в общей оправе сферическими поверхностями навстречу друг другу, с зазором 0.1-0.2 мм или склеены, так что их плоские поверхности параллельны. Предложенная в устройстве комбинация линз эквивалентна плоскопараллельной пластине и вносит аберрации, эквивалентные аберрациям, вносимым плоскопараллельным фильтром. Формирование заданного диапазона пропускания в предложенном фильтре обеспечивается выбором материала линз и характеристиками интерференционных покрытий, нанесенными на сферические поверхности линз. В устройстве фильтр устанавливается относительно объектива таким образом, что центр радиуса кривизны сферической поверхности плосковыпуклой линзы совмещается с выходным зрачком объектива. Величина радиуса кривизны сферических поверхностей линз определяется конструктивно. Реализация предложенного в заявленном устройстве фильтра позволяет получить постоянство границ пропускания, крутизны фронта пропускания и уровня пропускания независимо от величины угла поля зрения устройства и ширины зоны пропускания фильтра, так как углы падения наклонных лучей одной апертуры на интерференционное покрытие при такой схеме постоянны, что обеспечивает высокую точность измерений по всему полю зрения.

Для случая выполнения устройства с фильтром перед объективом первый компонентом фильтра является плосковогнутая линза 5, вторым плосковыпуклая линза 6, а центр радиуса кривизны сферической поверхности плосковогнутой линзы совмещается с входным зрачком объектива. По достигаемому эффекту схема с фильтром перед объективом аналогична схеме с фильтром после объектива. Установка фильтра перед объективом увеличивает габариты устройства, но обеспечивает более высокую точность измерений, так как фильтр работает в параллельных пучках лучей.

Для случая выполнения устройства с N (от 2^х до N) информационными каналами устройство позволяет обеспечить получение N (от 2^х до N) изображений в N (от 2^х до N) спектральных диапазонах. В этом случае устройство содержит N (от 2^х до N) независимых оптико-электронных систем, каждая из которых содержит объектив, фильтр и многоэлементный приемник, причем в фильтрах используются интерференционные покрытия с разными характеристиками, и материалы линз могут отличаться. При этом оптические оси оптико-электронных систем параллельны, а пространственное расположение систем может быть произвольным.

Кроме того, для решения различных задач в информационных каналах устройства могут быть использованы как линейные многоэлементные приемники, так и матричные, а так же одновременно матричные и линейные. Устройство с N (от 2^х до N) информационными каналами может быть так же выполнено по схеме, когда фильтр в оптико-электронных системах расположен перед объективом, или по смешенной схеме.

Изобретение позволит получить высокоточные изображения земной поверхности и может быть реализовано в устройствах измерений цвета океана в оптическом диапазоне спектра, требующих выполнения съемки в широких углах обзора в узких спектральных диапазонах.

1. Устройство для дистанционного получения изображений, содержащее, по крайней мере, один информационный канал, включающий объектив, фильтр и многоэлементный приемник, отличающееся тем, что фильтр выполнен из двух склеенных либо установленных с зазором линз, образующих плоскопараллельную пластину и выполненных из одного материала с равными радиусами кривизны их сферических поверхностей и нанесенными на них интерференционными покрытиями, формирующими в совокупности с материалом линз спектральный диапазон устройства, при этом фильтр установлен между объективом и приемником излучения, причем первая линза выполнена плосковыпуклой, вторая - плосковогнутой, а центр радиуса кривизны сферической поверхности плосковыпуклой линзы совмещается с центром выходного зрачка объектива.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптические элементы и интерференционные покрытия фильтров дополнительных информационных каналов выполнены из различных материалов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптические оси информационных каналов параллельны.

4. Устройство для дистанционного получения изображений, содержащее, по крайней мере, один информационный канал, включающий объектив, фильтр и многоэлементный приемник, отличающееся тем, что фильтр выполнен из двух склеенных либо установленных с зазором линз, образующих плоскопараллельную пластину и выполненных из одного материала с равными радиусами кривизны их сферических поверхностей и нанесенными на них интерференционными покрытиями, формирующими в совокупности с материалом линз спектральный диапазон устройства, при этом фильтр установлен перед объективом и приемником излучения, причем первая линза выполнена плосковогнутой, вторая - плосковыпуклой, а центр радиуса кривизны сферической поверхности плосковогнутой линзы совмещается с центром входного зрачка объектива.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оптические элементы и интерференционные покрытия фильтров дополнительных информационных каналов выполнены из различных материалов.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оптические оси информационных каналов параллельны.