Оптическая система спектроделителя для ик-области спектра

Оптическая система спектроделителя для ИК-области спектра, включающая плоскопараллельную пластину со спектроделительным покрытием, установленную под углом 45 градусов к оптической оси, отличается тем, что пластина расположена в сходящемся пучке лучей в пространстве изображения объектива, за ней уставлен компенсатор аберраций, состоящий из двух линз: первой по ходу лучей - положительной с выпуклой первой поверхностью и цилиндрической второй поверхностью, второй - плосковогнутой, обращенной вогнутостью к изображению и смещенной в меридиональной плоскости по направлению, перпендикулярному к оптической оси. Технический результат - создание оптической системы спектроделителя для приборов, работающих одновременно в двух различных диапазонах ИК-области спектра с одновременным повышением качества коррекции аберраций и уменьшением габаритов прибора. 3 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к оптическим системам и может использоваться в качестве насадки, разделяющей лучи по различным диапазонам ИК-области спектра в тепловизионных приборах.

В известных оптических схемах «АУ-15» и «АУ-16» (В.А.Панов, Л.Н.Андреев. Оптика микроскопов. Ленинград, 1976, стр.317-323), предназначенных для разделения света в видимой области спектра, используются светоделители, выполненные в виде куб-призм. Однако в ИК-области спектра применение этих светоделителей неосуществимо из-за отсутствия клея, прозрачного в этой области.

В патенте РФ No 2.187.138, МПК G02B 23/12, F41G 1/40, дата подачи заявки 27.07.2000, с целью разделения лучей по спектрам используется призменный блок, который пропускает лучи в видимой области спектра и отражает ИК-лучи. Использование этого блока в приборах, работающих с двумя каналами по двум различным диапазонам ИК-спектра, не представляется возможным.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению и выбранным в качестве прототипа является патент США No 5.022.723, МПК G02B 23/04, G02B 23/08, публ. 11.06.1991 г., в котором с целью спектроделения применяется наклонная спектроделительная пластина, расположенная в параллельном пучке лучей. Спектроделительная пластина пропускает лучи в ИК-области спектра и отражает видимые лучи. Недостатками этой спектроделительной системы являются обязательное наличие пластины с большим световым диаметром и необходимость использования двух отдельных объективов, приводящая к увеличению габаритов прибора в целом.

Изобретение решает задачу создания оптической системы спектроделителя для приборов, работающих одновременно в двух различных диапазонах ИК-области спектра с одновременным повышением качества коррекции аберраций и уменьшением габаритов прибора.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается созданием оптической системы спектроделителя для ИК-области спектра, включающей плоскопараллельную пластину со спектроделительным покрытием, расположенную в сходящемся пучке лучей в пространстве изображения объектива и установленную под углом 45 градусов к его оптической оси, и установленный за ней компенсатор аберраций, состоящий из двух линз, первая по ходу лучей из которых положительная с выпуклой первой поверхностью, вторая поверхность которой цилиндрическая, вторая линза компенсатора плосковогнутая, обращенная вогнутостью к изображению и смещена в меридиональной плоскости по направлению, перпендикулярному оптической оси.

Заявляемый технический эффект поясняется следующим. Наклонная пластина со спектроделительным покрытием выполняет функцию разделения лучей по различным диапазонам ИК-области спектра, а расположение ее в сходящемся пучке обеспечивает использование лишь единого объектива для двух каналов, что приводит к уменьшению габаритов прибора. Компенсатор аберраций децентрировки, вносимых расположенной в сходящемся пучке наклонной пластиной, выполненный заявленным образом, устраняет астигматизм и кому. Кроме этого, для уменьшения хроматической аберрации все оптические детали выполнены из материала с низкой дисперсией в указанном спектральном диапазоне, например германия.

Изобретение поясняется чертежами и таблицами, где на фиг.1 представлена оптическая схема заявляемой системы, в таблицах 1-4 представлены конструктивные параметры и значения аберраций вариантов предлагаемой оптической системы, на фиг.2 и фиг.3 представлены частотно-контрастные характеристики этих вариантов.

Оптическая схема заявляемой системы состоит из наклонной под углом 45 градусов плоскопараллельной пластины 1 со спектроделительным покрытием, расположенной в сходящемся пучке лучей в пространстве изображения объектива и компенсатора аберраций, состоящего из двух линз. Первая линза 2 из них положительная с выпуклой первой поверхностью, вторая поверхность которой цилиндрическая; вторая линза 3 плосковогнутая, обращенная вогнутостью к изображению и смещена в меридиональной плоскости по направлению, перпендикулярному оптической оси.

Работа заявляемой схемы проявляется таким образом. ИК-лучи, прошедшие последнюю поверхность объектива, попадают на первую плоскую поверхность пластины 1. Эта поверхность отражает лучи некоторого диапазона ИК-области и пропускает лучи остального ИК-диапазона, например отражает лучи в диапазоне 3-5 мкм и пропускает лучи в диапазоне 8-14 мкм. Отраженные лучи создают изображение A1B1 (см. фиг.1) объекта на чувствительной поверхности первого приемника, а пропущенные лучи проходят черед линзы 2, 3 и создают изображение А2В2 объекта на чувствительной поверхности второго приемника.

В таблице 1 приведены конструктивные параметры системы спектроделителя для первого варианта, где пропускающий спектр пластины 3-5 мкм, пластина располагается под углом 45 градусов к оптической оси, а объектив имеет следующие характеристики:

- Величина изображения у'=5 мм

- Числовая апертура в пространстве изображения А'=0.25

- Последний отрезок объектива s'=59 мм

В таблице 2 показаны аберрации лучей, исходящих из осевого (№0) и крайнего (№1) пучков на предмете первого варианта. Столбец NLU указывает числовые обозначения лучей в пучке. Столбец W(0) указывает соответственные волновые аберрации.

В таблице 3 показаны конструктивные параметры системы спектроделителя для второго варианта, где пропускающий спектр пластины 8-14 мкм, а объектив имеет следующие характеристики:

- Величина изображения у'=5 мм

- Числовая апертура в пространстве изображения А'=0.25

- Последний отрезок объектива s'=50 мм

В таблице 4 показаны аберрации лучей, исходящих из осевого (№0) и крайнего (№1) пучков на предмете второго варианта.

На фиг.2 показаны графики частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) первого варианта системы. По оси абсцисс отложена пространственная частота N мм-1, отнесенная к плоскости изображения объектива, а по оси ординат - коэффициенты передачи контраста Т в относительных единицах, причем кривая I проявляет ЧКХ в сагиттальной поверхности, а кривая II - в меридианной.

На фиг.3 показаны графики ЧКХ второго варианта системы.

Предлагаемая оптическая система спектроделителя для ИК-области спектра предназначена для приборов, работающих одновременно с двумя отдельными приемниками ИК-области спектра, и обеспечивает уменьшение габаритов прибора в целом, благодаря использованию единственного объектива, и имеет высокое качество коррекции аберраций в соответственном угловом поле объектива.

В настоящее время отработана оптическая схема и выполнен расчет элементов оптической системы спектроделителя, а также исследованы ее характеристики.

Предполагается создание аппаратуры с заявляемой оптической схемой.

Таблица 1
№ пов Радиус кривизны (мм) Толщина (мм) Материал Показатель преломления для λ=4 мкм Световой диаметр (мм) Перемещения по оси У относительно опт.оси (мм)
1* 0 18 Воздух 1 40.5 0
2 0 2 Германий 4.0393 57.6 0
3 0 13.043 Воздух 1 56.7 0
4 191.716 2.8 Германий 4.0393 23.3 0.251
5** Цилиндр 0.15 Воздух 1 22.8 0
6 0 2.8 Германий 4.0393 22.6 0
7 183.431 25.30 Воздух 1 21.9 -0.53
8 0 Воздух 1 11 0.753
Примечание таблицы 1:
«*» - Фиксированная поверхность или последняя поверхность объектива,
«**» - Цилиндрическая поверхность имеет образующую, параллельную вертикали (оси У), и следующее уравнение: х2 - 19908.86z+z2=0.
Таблица 2
N ПУЧКА=0
NLU MU LA ДТGC' ДТGD' ДY' ДХ' W(0)
0 0 0 -.0087 0 -.53-3 0 .527-3
Y 1 0.250 0 -0.264 0 .00316 0 .00316 -.0263
0 3 0.177 0 -0.183 0 .460-3 0 .460-3 .00266
X 6 -0.177 0 0.182 0 -.77-3 0 .766-3 -.0051
0 8 -0.250 0 0.262 0 -.0027 0 .00265 -.0344
9 0 0.250 -.34-3 -0.260 .308-4 -.27-3 .272-3 -.0727
11 0 0.177 -.17-3 -0.181 -.32-4 .00163 .00163 -.0568
41 0.177 0.177 -0.186 -0.184 .561-3 .00163 .00172 -.0502
43 0.125 0.125 -0.129 -0.128 -.19-3 .00169 .00170 -.0270
49 -0.177 0.177 0.185 -0.184 -.30-3 .00115 .00119 -.0517
51 -0.125 0.125 0.129 -0.128 .262-6 .00165 .00165 -.0307.
N ПУЧКА=1
NLU MU LA ДТGC' ДТGD' ДY' ДХ' W(0)
0 0 0 -.0103 0 4.92 0 4.92
Y 1 0.250 0 -0.264 0 .00493 0 .00493 -.0920
5.00 3 0.177 0 -0.183 0 .00191 0 .00191 -.0327
Х 6 -0.177 0 0.182 0 -.0035 0 .00351 -.0584
0 8 -0.250 0 0.262 0 -.0076 0 .00760 -0.158
9 0 0.250 -.39-3 -0.261 -.47-3 -.0022 .00223 -.0126
11 0 0.177 -.19-3 -0.181 -.26-3 .278-3 .379-3 -.0267
41 0.177 0.177 -0.187 -0.185 .00176 -.20-3 .00177 -.0459
43 0.125 0.125 -0.130 -0.128 .810-3 .522-3 .964-3 -.0273
49 -0.177 0.177 0.185 -0.184 -.0036 .540-3 .00362 -.0901
51 -0.125 0.125 0.129 -0.128 -.0019 .987-3 .00212 -.0446

Таблица 3
№ пов Радиус кривизны (мм) Толщина (мм) Материал Показатель преломления для λ=10.6 мкм Световой диаметр (мм) Перемещения по оси У относительно опт. оси (мм)
1* 0 20 Воздух 1 35.8 0
2 0 3 Германий 4.004 48.7 0
3 0 13.071 Воздух 1 47.4 0
4 210.341 2.5 Германий 4.004 18.7 0.381
5** Цилиндр 0.15 Воздух 1 18.3 0
6 0 2.0 Германий 4.004 18.1 0
7 205.97 15.056 Воздух 1 20.4 -1.415
8 0 Воздух 1 10 1.73
Примечание таблицы 3:
«*» - Фиксированная поверхность или последняя поверхность объектива,
«**» - Цилиндрическая поверхность имеет образующую, параллельную вертикали (оси У), и следующее уравнение: х2-4672.7z+z2=0.
Таблица 4
N ПУЧКА=0
NLU MU LA ДТGC' ДТGD' ДY' ДХ' W(0)
0 0 0 -.0206 0 -.0049 0 .00490
Y 1 0.250 0 -0.266 0 .00205 0 .00205 -.0104
0 3 0.177 0 -0.184 0 .496-3 0 .496-3 -.0026
X 6 -0.177 0 0.182 0 -.14-3 0 .141-3 -.0027
0 8 -0.250 0 0.261 0 .658-3 0 .658-3 -.0014
9 0 0.250 -.82-3 -0.257 .657-5 -.0046 .00462 -.0215
11 0 0.177 -.40-3 -0.179 -.71-4 .00134 .00135 -.0292
41 0.177 0.177 -0.188 -0.183 -.0013 -.62-3 .00140 -.0147
43 0.125 0.125 -0.130 -0.127 -.51-3 .00171 .00178 -.0153
49 -0.177 0.177 0.185 -0.181 .00253 -.0014 .00287 -.0114
51 -0.125 0.125 0.129 -0.126 .600-3 .00168 .00179 -.0162
N ПУЧКА=1
NLU MU LA ДТGC' ДТGD' ДY' ДХ' W(0)
0 0 0 -.0208 0 4.90 0 4.90
Y 1 0.250 0 -0.266 0 -.0017 0 .00174 0.0237
5.00 3 0.177 0 -0.184 0 -.0016 0 .00159 0.0111
X 6 -0.177 0 0.182 0 -.0013 0 .00132 -.0072
0 8 -0.250 0 0.261 0 -.0024 0 .00238 -.0201
9 0 0. 250 -.81-3 -0.257 -.0012 -.0100 0.0100 0.0406
11 0 0.177 -.40-3 -0.179 -.67-3 -.0024 .00248 .00160
41 0.177 0. 177 -0.188 -0.183 -.0040 -.0056 .00686 0.0399
43 0.125 0.125 -0.130 -0.127 -.0020 -.0015 .00250 .00919
49 -0.177 0.177 0.185 -0.182 .604-3 -.0037 .00378 .00389
51 -0.125 0.125 0.129 -0.126 -.15-3 -.30-3 .335-3 -.0053

Оптическая система спектроделителя для ИК-области спектра, включающая плоскопараллельную пластину со спектроделительным покрытием, установленную под углом 45° к оптической оси, отличающаяся тем, что пластина расположена в сходящемся пучке лучей в пространстве изображения объектива, а за ней уставлен компенсатор аберраций, состоящий из двух линз, первая по ходу лучей - положительная с выпуклой первой поверхностью, вторая поверхность которой - цилиндрическая, вторая линза компенсатора - плосковогнутая, обращенная вогнутостью к изображению, и смещена в меридиональной плоскости по направлению, перпендикулярному к оптической оси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области передачи и получения информации посредством поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ) терагерцового (ТГц) диапазона (частота от 0,1 до 10 ТГц) и может найти применение в спектроскопии поверхности твердого тела, в электронно-оптических устройствах передачи и обработки информации, в инфракрасной (ИК) технике.

Дисплей // 2321036
Изобретение относится к устройствам формирования изображения - дисплеям. .

Изобретение относится к области оптического и оптико-электронного приборостроения, а именно к устройствам дистанционного зондирования, предназначенным, в частности для получения монохроматических изображений верхних слоев атмосферы при выполнении исследований магнитосферно-ионосферных процессов, отображающихся в полярных сияниях.

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов, в частности к устройству многопозиционной лазерной обработки, и может быть использовано при изготовлении большого количества изделий на одном лазерном комплексе, в том числе при лазерной резке, сварке, наплавке и селективном спекании

Изобретение относится к способу отображения информации на лобовом стекле

Изобретение относится к области оптики, а именно к устройствам воспроизведения изображения

Изобретение относится к защитному покрытию, которое обеспечивает одно или несколько составных изображений

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к лазерным зондам и их соединениям, применяемым в офтальмологии

Изобретение относится к способам и устройствам для усиления лазерного излучения на основе волоконной оптики

Изобретение относится к оптическим системам и может использоваться в качестве насадки, разделяющей лучи по различным диапазонам ИК-области спектра в тепловизионных приборах

Наверх