Двухканальная зеркально-линзовая система

Система может быть использована в двухспектральных оптико-электронных системах. Система состоит из расположенных по ходу лучей обтекателя, главного вогнутого зеркала с центральным отверстием в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы с отражающим покрытием на выпуклой поверхности, первого канала, содержащего спектроделитель, компенсатор, первая линза которого выполнена двояковогнутой, вторая - плосковыпуклой, а третья – двояковогнутой, и первый приемник излучения второго канала, содержащего спектроделитель и компенсатор, первая линза которого выполнена положительной вогнуто-выпуклой, вторая - отрицательной вогнуто-выпуклой, а третья - положительной вогнуто-выпуклой, и второй приемник излучения. Спектроделитель - положительная вогнуто-выпуклая линза с дихроичным покрытием на выпуклой поверхности, являющаяся одновременно первой линзой компенсатора второго канала и вторичным зеркалом первого канала. Технический результат - повышение энергетической способности системы за счет увеличения относительного отверстия в дальнем инфракрасном диапазоне спектра при обеспечении компактности конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в двухспектральных оптико-электронных системах.

Известна трехканальная зеркально-линзовая система (см. патент US 6606066 В1, МПК7 H01Q 21/00, H01Q 13/00, публ. 29.10.2001 г.), содержащая обтекатель, общее для трех каналов главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, вторичное зеркало с дихроичным покрытием, отражающим излучение инфракрасного спектрального диапазона (первый канал) и пропускающим излучение миллиметрового диапазона длин волн (второй канал). Первый канал, кроме главного и вторичного зеркал, содержит трехлинзовый проекционный объектив и приемник инфракрасного излучения, второй канал - приемник излучения миллиметрового диапазона. Третий (лазерный) канал, кроме главного зеркала, может содержать либо вогнутое асферическое зеркало, либо два линзовых элемента и приемник излучения. Все каналы системы расположены на одной оптической оси.

В первом канале система работает с относительным отверстием 1:2,5, что при работе в дальней инфракрасной области спектра не обеспечивает достаточную светосилу.

Также известен двухканальный зеркально-линзовый объектив (см. патент RU 2335790 С2, МПК7 G02B 17/08, опубл. 10.10.2008 г.), содержащий зеркально-линзовый канал видимого диапазона и линзовый тепловизионный канал, расположенный в зоне центрального экранирования зеркально-линзового канала. Канал видимого диапазона содержит восемь оптических элементов и имеет следующие характеристики: спектральный диапазон работы 0,68…0,88 мкм; фокусное расстояние 71 мм; относительное отверстие 1:0,8; угловое поле зрения 8°; длина оптической системы 91,6 мм. Тепловизионный канал содержит три оптических элемента и имеет следующие характеристики: спектральный диапазон работы 8…12 мкм; фокусное расстояние 80 мм; относительное отверстие 1:1,6; угловое поле зрения 13,4°; длина оптической системы 104 мм.

К недостаткам описанной системы можно отнести большие габаритные размеры, обусловленные выбором конструктивного исполнения (общая длина оптической системы более 200 мм).

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, выбранной в качестве прототипа, является многоканальная оптическая система (см. патент ЕР 1862837 А1, МПК7 G02B 17/08, G02B 13/14, F41G 7/22, опубл. 03.05.2007 г.), которая содержит обтекатель, выполненный в виде выпукло-вогнутой линзы, первый канал, состоящий из фокусирующего объектива, содержащего главное вогнутое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое зеркало, двухлинзовый компенсатор полевых аберраций, первая линза которого выполнена положительной выпукло-вогнутой, а вторая - двояковогнутой, и первого приемника излучения, установленного в центральном отверстии главного зеркала с возможностью вывода из оптического тракта. Второй канал (после вывода первого приемника излучения) содержит фокусирующий объектив первого канала, а также дополнительный проекционный объектив, спектроделитель, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, установленной под углом к оптической оси, и два приемника излучения. В зависимости от выбранного материала линз компенсатора и проекционного объектива указанная система может работать одновременно в двух каналах, соответствующих следующим спектральным диапазонам: видимому, ближнему, среднему или дальнему инфракрасному.

К недостаткам прототипа можно отнести следующее: конструктивное исполнение второго канала с формированием плоскости промежуточного изображения приводит к увеличению габаритных размеров; спектроделитель, расположенный под углом к оптической оси в сходящемся пучке лучей, вносит аберрации, которые сложно исправить. Кроме того, в дальнем инфракрасном диапазоне спектра система работает с относительным отверстием 1:2, что, при использовании неохлаждаемого фотоприемного устройства, например микроболометрической матрицы чувствительных элементов, не обеспечивает достаточную светосилу, определяющую энергетическую способность системы.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение энергетической способности двухканальной зеркально-линзовой системы за счет увеличения относительного отверстия в дальнем инфракрасном диапазоне спектра при обеспечении компактности конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что в двухканальной зеркально-линзовой системе, состоящей из расположенных по ходу лучей обтекателя, выполненного в виде выпукло-вогнутой линзы, главного зеркала с центральным отверстием, первого канала, содержащего вторичное зеркало, компенсатор, включающий выпукло-вогнутую положительную и двояковогнутую линзы, и первый приемник излучения и второго канала, содержащего спектроделитель, линзовый компенсатор и второй приемник излучения, главное зеркало выполнено в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы с отражающим покрытием на выпуклой поверхности, спектроделитель выполнен в виде положительной вогнуто-выпуклой линзы с дихроичным покрытием на выпуклой поверхности, установлен в сходящемся пучке лучей после главного зеркала и одновременно выполняет функции вторичного зеркала первого канала и первой линзы компенсатора второго канала, в компенсатор первого канала дополнительно введены три линзы, первая из которых выполнена двояковогнутой, а вторая и третья выполнены двояковыпуклыми, во втором канале вторая линза компенсатора выполнена отрицательной вогнуто-выпуклой, а третья - положительной вогнуто-выпуклой.

А также тем, что вогнутая поверхность главного зеркала выполнена асферической.

А также тем, что во втором канале вогнутая поверхность третьей линзы компенсатора выполнена асферической.

На чертеже представлена оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы.

Двухканальная зеркально-линзовая система состоит из расположенных по ходу лучей обтекателя, выполненного в виде выпукло-вогнутой линзы 1, главного зеркала с центральным отверстием, выполненного в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы 2, на выпуклую поверхность которой нанесено отражающее покрытие, первого канала I, содержащего спектроделитель 3, компенсатор, включающий первую двояковогнутую линзу 4, вторую плосковыпуклую линзу 5, третью двояковыпуклую линзу 6, четвертую положительную выпукло-вогнутую линзу 7 и пятую двояковогнутую линзу 8, и приемник излучения 9, например ближнего инфракрасного диапазона спектра, второго канала II, содержащего спектроделитель 3, компенсатор, содержащий вторую линзу 10, выполненную отрицательной вогнуто-выпуклой, третью линзу 11, выполненную положительной вогнуто-выпуклой и приемник излучения 12 дальнего инфракрасного диапазона спектра. Спектроделитель 3 установлен в сходящемся пучке лучей после главного зеркала 2 и выполнен в виде положительной вогнуто-выпуклой линзы с дихроичным покрытием на выпуклой поверхности. Спектроделитель 3 одновременно выполняет функции вторичного зеркала первого канала I и первой линзы компенсатора второго канала II.

Вогнутые поверхности линзы 2 и третьей линзы 11 компенсатора второго канала II выполнены асферическими.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемой двухканальной зеркально-линзовой системы.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры конкретного примера исполнения заявляемой системы.

В таблице 3 приведены соотношения, выполняемые в оптической системе второго канала.

Двухканальная зеркально-линзовая система работает следующим образом. В канале 1 излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через обтекатель 1, отражается от выпуклой поверхности линзы 2, проходит через линзу 2 и попадает на выпуклую поверхность линзы 3. Излучение ближнего инфракрасного диапазона спектра отражается от выпуклой поверхности линзы 3 и попадает на вогнутую поверхность первой линзы 4 компенсатора, проходит линзы 4-8 компенсатора и фокусируется в плоскости чувствительных элементов первого приемника излучения 9. В канале II излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через обтекатель 1, отражается от выпуклой поверхности линзы 2, проходит через линзу 2 и попадает на выпуклую поверхность линзы 3. Излучение дальнего инфракрасного диапазона спектра проходит через линзу 3, являющуюся первой линзой компенсатора, затем проходит через линзы 10 и 11 компенсатора и фокусируется в плоскости чувствительных элементов второго приемника излучения 12.

Как следует из таблицы 1, во втором канале фокусное расстояние системы f'=61,1 мм, диаметр входного зрачка D=50 мм, относительное отверстие А=D:f'=1:1,2. Увеличение относительного отверстия (в прототипе 1:2) обеспечивается выбранным конструктивным исполнением главного зеркала и компенсатора, а также выбранными соотношениями, приведенными в таблице 3.

В случае бесконечно удаленного объекта светосила прибора Е=А2. В прототипе Е=0,25, а в заявляемой системе - 0,67, что в 2,7 раза больше.

Выбранное конструктивное исполнение системы, при котором одна из линз выполняет одновременно несколько функций: спектроделителя, вторичного зеркала и линзы компенсатора, позволяет разместить оптические элементы первого и второго каналов системы в пространстве между обтекателем и главным зеркалом, обеспечив тем самым ее компактность. Длина оптической системы от первой поверхности обтекателя до плоскости чувствительных элементов приемника излучения первого канала составляет L=77,7 мм.

В первом канале заявляемой системы выбор материалов главного зеркала и линз компенсатора позволяет, при необходимости, без изменения оптической схемы использовать вместо приемника излучения ближнего инфракрасного диапазона спектра приемник излучения видимого диапазона.

Таким образом, выполнение двухканальной зеркально-линзовой системы в соответствии с предлагаемым техническим решением повышает энергетическую способность во втором канале за счет увеличения относительного отверстия, что позволяет использовать неохлаждаемое фотоприемное устройство, обеспечив при этом компактность конструкции.

1. Двухканальная зеркально-линзовая система, состоящая из расположенных по ходу лучей обтекателя, выполненного в виде выпукло-вогнутой линзы, главного зеркала с центральным отверстием, первого канала, содержащего вторичное зеркало, компенсатор, включающий выпукло-вогнутую положительную и двояковогнутую линзы, и первый приемник излучения и второго канала, содержащего спектроделитель, линзовый компенсатор и второй приемник излучения дальнего, отличающаяся тем, что главное зеркало выполнено в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы с отражающим покрытием на выпуклой поверхности, спектроделитель выполнен в виде положительной вогнуто-выпуклой линзы с дихроичным покрытием на выпуклой поверхности, установлен в сходящемся пучке лучей после главного зеркала и одновременно выполняет функции вторичного зеркала первого канала и первой линзы компенсатора второго канала, в компенсатор первого канала дополнительно введены три линзы, первая из которых выполнена двояковогнутой, а вторая и третья выполнены двояковыпуклыми, во втором канале вторая линза компенсатора выполнена отрицательной вогнуто-выпуклой, а третья - положительной вогнуто-выпуклой.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что вогнутая поверхность главного зеркала выполнена асферической.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что во втором канале вогнутая поверхность третьей линзы компенсатора выполнена асферической.



 

Похожие патенты:

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.

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 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.

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.

Объектив содержит установленные по ходу луча первое зеркало в виде внеосевого фрагмента вогнутого положительного асферического зеркала, второе зеркало в виде выпуклого отрицательного осесимметричного сферического зеркала. Линзовый компенсатор с оптической силой, составляющей 0,6…0,7 от оптической силы всего объектива, состоит из первого положительного мениска, второй вогнуто-выпуклой отрицательной линзы, третьей выпукло-вогнутой отрицательной линзы, четвертой двояковыпуклой линзы, пятой вогнуто-выпуклой отрицательной линзы, расположенных на одной оптической оси, смещенной относительно оптической оси объектива, на которой находятся центры кривизны первого и второго зеркал, а также имеет действительную апертурную диафрагму, расположенную на втором зеркале. Технический результат - создан двухзеркальный зеркально-линзовый объектив с линзовым компенсатором без центрального экранирования с повышенным качеством изображения в пределах кольцевого углового поля Δω=2° (ωy0-ωymax=6°-8°) в спектральном диапазоне (1,50÷1,70) мкм при повышенной технологичности. 2 ил., 1 табл.

Система может быть использована в двухспектральных оптико-электронных системах. Система состоит из расположенных по ходу лучей обтекателя, главного вогнутого зеркала с центральным отверстием в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы с отражающим покрытием на выпуклой поверхности, первого канала, содержащего спектроделитель, компенсатор, первая линза которого выполнена двояковогнутой, вторая - плосковыпуклой, а третья – двояковогнутой, и первый приемник излучения второго канала, содержащего спектроделитель и компенсатор, первая линза которого выполнена положительной вогнуто-выпуклой, вторая - отрицательной вогнуто-выпуклой, а третья - положительной вогнуто-выпуклой, и второй приемник излучения. Спектроделитель - положительная вогнуто-выпуклая линза с дихроичным покрытием на выпуклой поверхности, являющаяся одновременно первой линзой компенсатора второго канала и вторичным зеркалом первого канала. Технический результат - повышение энергетической способности системы за счет увеличения относительного отверстия в дальнем инфракрасном диапазоне спектра при обеспечении компактности конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Наверх