Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система



Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система
Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система
Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система
Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система
Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система
Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система

 


Владельцы патента RU 2617173:

Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" (RU)

Оптическая система содержит главное вогнутое асферическое зеркало, перед которым установлен линзовый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, после главного зеркала установлены линзовый компенсатор дальнего ИК диапазона, первая поверхность которого является спектроделительной поверхностью, пропускающей дальний ИК диапазон и отражающей видимый и короткий ИК диапазон, общий для видимого и короткого ИК диапазонов двухлинзовый объектив, расположенный таким образом, что его передняя фокальная плоскость смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива для получения пучков с малой угловой расходимостью. После общего объектива расположена спектроделительная призма-кубик, после прохождения которой установлены объектив для короткого ИК диапазона и приемник излучения. После отражения от спектроделительной призмы-кубика установлены объектив для видимого диапазона и приемник излучения. Технический результат - увеличение углового поля в пространстве предметов, повышение относительного отверстия в каждом из каналов и уменьшение количества асферических поверхностей. 1 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть применено для теплотелевизионных приборов и прицелов, используемых в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Известна многоспектральная зеркально-линзовая оптическая система (United States Patent №5,841,574 от Nov. 24, 1998 г.), содержащая главное вогнутое асферическое зеркало, вторичное выпуклое асферическое зеркало, спектроделитель в виде наклонной плоскопараллельной пластины, установленный перед фокальной плоскостью двухзеркальной системы, децентрированный входной зрачок, использующий неэкранированную часть зеркальной системы, и оптические системы в видимом и ИК каналах. Недостатком этой оптической системы является использование в качестве спектроделителя наклонной плоскопараллельной пластины в сходящемся пучке лучей, что вносит аберрации нецентрированной системы, которые не могут быть скомпенсированы аберрациями центрированной системы и требуют компенсатора с цилиндрической или торической поверхностью. Также такая оптическая система обеспечивает невысокую светосилу в телевизионном и тепловизионном каналах.

Наиболее близкой по технической сущности является трехканальная зеркально-линзовая оптическая система по патенту на полезную модель №136198 от 27.12.2013 г.

Эта трехканальная оптическая система содержит зеркальный объектив, включающий главное вогнутое асферическое зеркало и вторичное выпуклое асферическое зеркало, линзовый компенсатор зеркального объектива для видимого или ближнего ИК диапазона, общий для среднего и дальнего ИК диапазонов трехлинзовый объектив, расположенный так, что его передняя фокальная плоскость совпадает с задней фокальной плоскостью зеркального объектива, первый спектроделитель, выполненный в виде наклонной плоскопараллельной пластинки и расположенный в параллельном пучке лучей после общего объектива. Кроме того, введены линза-коллектив и второй светоделитель, выполненный в виде плоскопараллельной пластинки и установленный между главным вогнутым и вторичным выпуклым зеркалами перпендикулярно оптической оси, приемник излучения видимого или ближнего ИК диапазона. Также после первого спектроделителя установлены трехлинзовый объектив для дальнего ИК диапазона и приемник излучения дальнего ИК диапазона, объектив для среднего ИК диапазона и приемник излучения среднего ИК диапазона с охлаждаемой диафрагмой.

Недостатками этой оптической системы являются малые угловые поля зрения в пространстве предметов, а также малые значения относительного отверстия всех трех каналов оптической системы и наличие двух асферических поверхностей.

Задачей настоящего изобретения является увеличение углового поля в пространстве предметов, повышение относительного отверстия в каждом из каналов оптической системы и уменьшение количества асферических поверхностей.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в трехканальной зеркально-линзовой оптической системе, содержащей главное вогнутое асферическое зеркало, два спектроделителя и три оптических канала для разных спектральных диапазонов, в отличие от известного, перед главным вогнутым асферическим зеркалом установлен линзовый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, после главного вогнутого асферического зеркала установлены линзовый компенсатор дальнего ИК диапазона, первая поверхность первого компонента которого является спектроделительной поверхностью, пропускающей дальний ИК диапазон и отражающей видимый (ближний ИК) и короткий ИК диапазон, общий для видимого (ближнего ИК) и короткого ИК диапазонов двухлинзовый объектив, включающий последовательно расположенные по ходу лучей первую плоско-выпуклую линзу, вторую выпукло-вогнутую линзу, и расположенный таким образом, что его передняя фокальная плоскость смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива, а после общего объектива расположен второй спектроделитель в виде призмы-кубика, после прохождения которой установлены объектив для короткого ИК диапазона, включающий последовательно расположенные по ходу лучей три одиночные линзы в форме менисков, причем второй мениск обращен к плоскости изображения выпуклой стороной, и приемник излучения короткого ИК диапазона, а после отражения от второго спектроделителя призмы-кубика установлены объектив для видимого (ближнего ИК) диапазона, включающий последовательно расположенные по ходу лучей пять одиночных линз в форме менисков, причем второй мениск обращен к плоскости изображения выпуклой стороной, а четвертый и пятый - вогнутой, и приемник излучения видимого (ближнего ИК) диапазона, при этом выполняются следующие соотношения:

δ<±1 дптр,

где δ - величина смещения передней фокальной плоскости общего для видимого (ближнего ИК) и короткого ИК диапазонов объектива относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива.

Такая оптическая система обеспечивает увеличение углового поля в пространстве предметов, повышение относительного отверстия в каждом из каналов оптической системы и уменьшает количество асферических поверхностей.

Оптическая схема трехканальной зеркально-линзовой оптической системы показана на фигуре 1.

Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система содержит следующие элементы: зеркально-линзовый объектив A, включающий отрицательный мениск 1 и главное вогнутое асферическое зеркало 2; линзовый компенсатор В зеркально-линзового объектива для дальнего ИК диапазона, включающий отрицательный мениск 3 и положительный мениск 4, обращенные к плоскости изображения вогнутой стороной; приемник изображения 5 дальнего ИК диапазона; первый спектроделитель, нанесенный на выпуклой стороне отрицательного мениска 3; общий для видимого (ближнего ИК) и короткого ИК диапазонов объектив С, включающий плоско-выпуклую линзу 6 и выпукло-вогнутую линзу 7; второй спектроделитель 8; объектив D для короткого ИК диапазона, включающий отрицательный мениск 9 и положительный мениск 10, обращенные к плоскости изображения выпуклой стороной, положительный мениск 11, обращенный к плоскости изображения вогнутой стороной; приемник излучения короткого ИК диапазона 12, объектив E для видимого (ближнего ИК) диапазона, включающий отрицательный мениск 13 и положительный мениск 14, обращенные к плоскости изображения выпуклой стороной, плоско-выпуклую линзу 15, положительный мениск 16 и отрицательный мениск 17, обращенные к плоскости изображения вогнутой стороной; приемник излучения видимого (ближнего ИК) диапазона 18.

Конструктивные параметры варианта исполнения оптической системы приведены в таблице 1.

Параметры такого варианта исполнения трехканальной зеркально-линзовой оптической системы следующие:

Диаметр входного зрачка 90 мм

Угловое поле в пространстве предметов:

- канала спектрального диапазона 8-13,5 мкм (LWIR) 4,8°
- канала спектрального диапазона 1-1,6 мкм (SWIR) 4,6°
- канала спектрального диапазона 0,5-0,9 мкм (V+NWIR) 4,6°

Относительное отверстие:

- канала спектрального диапазона 8-13,5 мкм (LWIR) 1:1,33
- канала спектрального диапазона 1-1,6 мкм (SWIR) 1:1,66
- канала спектрального диапазона 0,5-0,9 мкм (V+NWIR) 1:1,66

Принцип действия трехканальной зеркально-линзовой оптической системы заключается в следующем.

Излучение от удаленного объекта проходит через линзу 1, выполненную в виде отрицательного мениска, отражается от вогнутого асферического зеркала 2 и попадает на первую спектроделительную поверхность, которой является выпуклая поверхность линзы 3 компенсатора. Прошедшие через первую спектроделительную поверхность лучи после прохождения линз 3 и 4 компенсатора В формируют изображение в плоскости приемника 5. Отраженные от первой спектроделительной поверхности лучи создают изображение в задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива A, а затем преобразовываются в пучки с малой угловой расходимостью с помощью линз 6 и 7 общего объектива C. После общего объектива С пучки лучей с малой угловой расходимостью попадают на второй спектроделитель 8. Прошедшие спектроделитель 8 лучи, проходя через линзы 9, 10 и 11 объектива D, формируют изображение в плоскости приемника 12. Отраженные спектроделителем 8 лучи, проходя через линзы 13, 14, 15, 16 и 17 объектива E, формируют изображение в плоскости приемника 18.

Для повышения качества оптического изображения передняя фокальная плоскость общего объектива C смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива А для преобразования проходящих пучков в пучки с малой угловой расходимостью, при этом выполняются следующие соотношения:

δ<±1 дптр,

где δ - величина смещения передней фокальной плоскости общего объектива С относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива A.

Для каждого из каналов задаемся критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитываем:

- пространственную частоту ~30 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (8,0÷13,5) мкм с размером чувствительного элемента, равным 17 мкм);

- пространственную частоту ~25 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (1,0÷4,6) мкм с размером чувствительного элемента, равным 20 мкм);

- пространственную частоту ~50 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (0,5÷0,9) мкм с размером чувствительного элемента, равным 10 мкм).

Получаем следующие расчетные значения качественных характеристик оптической системы:

1. Для оптического канала (LWIR) спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм:

- для точки на оси КПК=31%
- для точки поля 3,0 мм от центра
изображения КПКM=16%
КПКC=29%
- для точки поля 5 мм от центра
изображения КПКM=18%
КПКC=18%

2. Для оптического канала (SWIR) спектрального диапазона (1,0÷1,6) мкм:

- для точки на оси КПК=68%
- для точки поля 4,0 мм от центра
изображения КПКM=37%
КПКC=23%
- для точки поля 6,0 мм от центра
изображения КПКM=22%
КПКC=19%

3. Для оптического канала (V+NWIR) спектрального диапазона (0,5÷0,9) мкм:

- для точки на оси КПК=49%
- для точки поля 4,0 мм от центра
изображения КПКM=10%
КПКC=25%
- для точки поля 6,0 мм от центра
изображения КПКM=7%
КПКC=6%

Как видно из расчетов, оптическая система, при простоте ее конструкции, обеспечивает приемлемое качество изображения для оптико-электронных приборов, использующих общий входной канал и три фотоприемника:

- микроболометрическую матрицу спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм с размером пикселя 17 мкм;

- фотодиодную матрицу спектрального диапазона (1,0÷1,6) мкм с размером пикселя 20 мкм;

- телевизионную КМОП матрицу спектрального диапазона (0,5÷0,9) мкм с размером пикселя 10 мкм.

Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система, содержащая главное вогнутое асферическое зеркало, два спектроделителя и три оптических канала для разных спектральных диапазонов, отличающаяся тем, что перед главным вогнутым асферическим зеркалом установлен линзовый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, после главного вогнутого асферического зеркала установлены линзовый компенсатор дальнего ИК диапазона, первая поверхность первого компонента которого является спектроделительной поверхностью, пропускающей дальний ИК диапазон и отражающей видимый (ближний ИК) и короткий ИК диапазон, общий для видимого (ближнего ИК) и короткого ИК диапазонов двухлинзовый объектив, включающий последовательно расположенные по ходу лучей первую плоско-выпуклую линзу, вторую выпукло-вогнутую линзу, и расположенный таким образом, что его передняя фокальная плоскость смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива, а после общего объектива расположена спектроделительная призма-кубик, после прохождения которой установлены объектив для короткого ИК диапазона, включающий последовательно расположенные по ходу лучей три одиночные линзы в форме менисков, причем второй мениск обращен к плоскости изображения выпуклой стороной, и приемник излучения короткого ИК диапазона, а после отражения от спектроделительной призмы-кубика установлены объектив для видимого (ближнего ИК) диапазона, включающий последовательно расположенные по ходу лучей пять одиночных линз в форме менисков, причем второй мениск обращен к плоскости изображения выпуклой стороной, а четвертый и пятый - вогнутой, и приемник излучения видимого (ближнего ИК) диапазона, при этом выполняются следующие соотношения:

δ≤±1 дптр,

где δ - величина смещения передней фокальной плоскости общего для видимого (ближнего ИК) и короткого ИК диапазонов объектива относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива.



 

Похожие патенты:

Оптическая система содержит главное вогнутое асферическое зеркало, перед которым установлен отрицательный мениск, после главного зеркала установлены линзовый компенсатор дальнего ИК диапазона, первая поверхность которого является спектроделительной и пропускает дальний ИК диапазон и отражает видимый, короткий ИК и средний ИК диапазоны, общий для видимого, короткого ИК и среднего ИК диапазонов двухлинзовый объектив, передняя фокальная плоскость которого смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива для образования пучков с малой угловой расходимостью.

Изобретение может быть использовано для головок самонаведения, оптико-электронных систем обнаружения, распознавания и автосопровождения, в частности, в составе бортовой аппаратуры, работающей в нескольких спектральных диапазонах.

Оптическая система содержит в первом варианте общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон телевизионного канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, и два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов.

Прицел содержит основной объектив, спектроделительный куб, отражающий дальномерный канал с фотоприемным устройством, линзовую панкратическую оборачивающую систему и окуляр.

Изобретение может быть использовано в оптико-электронных системах обнаружения и распознавания объектов, в охранных системах. Инфракрасная система состоит из первого канала, содержащего последовательно установленные афокальную насадку и фокусирующий объектив, второго канала, содержащего входной объектив, и общих для первого и второго каналов последовательно установленных проекционного объектива и фотоприемного устройства.

Изобретение может использоваться на космических аппаратах дистанционного зондирования Земли при жестких требованиях по координатной привязке получаемых снимков.

Оптический блок может быть использован для измерения характеристик облачности, преимущественно, на аэродроме с целью метеообеспечения взлета/посадки информацией о высоте нижней границы облаков.

Изобретение относится к оптико-электронной технике, предназначенной для наблюдения ночью и в условиях пониженной освещенности Может закрепляться на шлеме или специальном оголовье и использоваться велосипедистами, водителями для вождения ночью, охотниками, полицейскими, военными, при производстве подводных работ, при изучении жизни ночных животных и т.п.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим системам для наблюдения и слежения за удаленными объектами. .

Оптическая система содержит главное вогнутое асферическое зеркало, перед которым установлен отрицательный мениск, после главного зеркала установлены линзовый компенсатор дальнего ИК диапазона, первая поверхность которого является спектроделительной и пропускает дальний ИК диапазон и отражает видимый, короткий ИК и средний ИК диапазоны, общий для видимого, короткого ИК и среднего ИК диапазонов двухлинзовый объектив, передняя фокальная плоскость которого смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива для образования пучков с малой угловой расходимостью.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является достижение возможности смешения цветов в расширенном рабочем диапазоне, в том числе осуществление задания установочных параметров масштабирования вне фокуса, часто используемых для получения пятен с размытыми краями.

Изобретение может быть использовано для головок самонаведения, оптико-электронных систем обнаружения, распознавания и автосопровождения, в частности, в составе бортовой аппаратуры, работающей в нескольких спектральных диапазонах.

Изобретение может использоваться в оптических системах, работающих в широком спектральном диапазоне. Зеркально-линзовый объектив содержит на входе афокальный компенсатор с близкой к нулю оптической силой, состоящий из обращенного вогнутостью к предмету отрицательного мениска и положительной линзы, выполненных из одного материала, а на выходе - второй отрицательный двухлинзовый компенсатор, содержащий обращенный вогнутостью к изображению отрицательный мениск, являющийся выходным элементом объектива, и расположенный перед ним мениск, выпуклость которого обращена к выпуклости выходного мениска.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения. Объектив состоит из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего два асферических зеркала, из которых первое имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе - выпуклым, и второго компонента, содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью отрицательную выпукло-вогнутые линзы, при этом оптическая сила второго компонента в целом - положительная.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и касается зеркального автоколлимационного спектрометра. Спектрометр состоит из входной щели, объектива и плоской отражательной дифракционной решетки.

Объектив может быть использован в космических телескопах. Объектив содержит первое зеркало в виде внеосевого фрагмента вогнутого гиперболического зеркала, линзовый компенсатор аберраций видимого канала из плосковыпуклой и двояковыпуклой линз и отрицательного мениска, второе зеркало в виде внеосевого фрагмента сферического выпуклого зеркала и третье зеркало в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического зеркала.

Объектив может быть использован в космических телескопах. Объектив содержит первое зеркало в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического зеркала, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, линзовый корректор аберраций, выполненный в виде трех одиночных осесимметричных линз из разных оптических материалов: двояковыпуклой, двояковогнутой и положительного мениска, второе зеркало в виде внеосевого фрагмента выпуклого зеркала, обращенного выпуклостью к линзовому корректору аберраций, третье зеркало в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического зеркала, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, и апертурную диафрагму, совпадающую с оправой первой поверхности второй линзы корректора аберраций.

Объектив может использоваться для работы в видимом и ближнем ИК-диапазоне длин волн. Объектив коллиматора содержит первичное зеркало, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие, вторичное зеркало с зеркальным покрытием на кольцевой периферийной части, причем отражающие поверхности зеркал обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы.

Изобретение относится к формирующей изображение оптической системе, датчику для проверки ценных документов с такой оптической системой и к способу отображения точки предмета.
Наверх