Двухспектральная оптическая система

Двухспектральная оптическая система может быть применена в широкоугольных тепло-телевизионных приборах. Оптическая система содержит общий входной канал, плоское зеркало с дихроичным покрытием, отражающим спектральный диапазон (0,6÷0,95) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8÷13,5) мкм, и два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов. Общий входной канал содержит отрицательный мениск, а оптический канал, работающий в спектральном диапазоне (8,0÷13,5) мкм, выполнен двухкомпонентным с расположением апертурной диафрагмы между плоским зеркалом и первым компонентом, оптический канал, работающий в спектральном диапазоне (0,6÷0,95) мкм, выполнен шестикомпонентным с расположением апертурной диафрагмы между пятым и шестым компонентами. Технический результат - увеличение светосилы телевизионного канала и уменьшение количества оптических деталей в тепловизионном канале с расширением углового поля зрения обоих каналов и с сохранением высоких оптических характеристик. 1 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве объектива к широкоугольным тепло-телевизионным приборам в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Известна двухспектральная оптическая система для работы в тепло-телевизионных приборах в двух спектральных диапазонах - от 0,4 до 0,9 мкм и от 3,0 до 5,0 мкм (И.Л. Гейхман, В.Г. Волков «Видение и безопасность». Москва, ОАО «Типография «Новости», 2009 год, стр. 556, рис. 7.3.1в), содержащая общий входной канал из двух компонентов, последовательно расположенных по ходу луча - отрицательного мениска и положительной линзы, плоское зеркало с дихроичным покрытием, пропускающим один спектральный диапазон и отражающим другой, а также два оптических канала, работающих в различных спектральных диапазонах.

В отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении, перед фотоприемником установлен оптический канал, предназначенный для работы в спектральном диапазоне (0,4÷0,9) мкм и состоящий из последовательно расположенных положительной двояковыпуклой линзы, положительной линзы, склейки из отрицательной и положительной линз, поворотного зеркала и фотоприемника.

В проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении перед фотоприемником установлен оптический канал, предназначенный для работы в спектральном диапазоне (3,0÷5,0) мкм и состоящий из последовательно расположенных положительного мениска, двух положительных линз, поворотного зеркала и фотоприемника.

Недостатком этой оптической системы является невысокая светосила в канале (3,0÷5,0) мкм, равная 1:2, и значительное число оптических деталей в этом канале, что еще более уменьшает его физическую светосилу, а также невысокая светосила в канале (0,4÷0,9) мкм, равная 1:1,8 и наличие в нем склеенной линзы, что усложняет технологию его изготовления.

Наиболее близкой по технической сущности является двухспектральная оптическая система (патент RU 2436136 C1, опубл. 10.12.2011), содержащая общий входной канал, плоское зеркало с дихроичным покрытием, отражающим спектральный диапазон (0,5÷0,9) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8÷14) мкм, а также два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, причем общий входной канал содержит один компонент - положительный мениск, при этом первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,5÷0,9) мкм, выполнен в виде положительной двояковыпуклой линзы, второй - в виде отрицательной линзы, третий компонент этого канала выполнен в виде положительного мениска, четвертый - в виде отрицательного мениска, пятый - в виде положительной линзы, первый и третий компоненты оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (8,0÷14,0) мкм, выполнены в виде положительных линз, второй компонент - в виде отрицательной линзы

Недостатком этой оптической системы является малые угловые поля зрения обоих каналов, сложность исполнения тепловизионного канала, содержащего по ходу лучей четыре оптических компонента, а также невысокая светосила телевизионного канала - 1:1,4.

Задачей настоящего изобретения является увеличение светосилы телевизионного канала до значения 1:1 и уменьшение количества оптических деталей в тепловизионном канале с расширением углового поля зрения обоих каналов и с сохранением высоких оптических характеристик.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в двухспектральной оптической системе, содержащей общий входной канал, плоское зеркало с дихроичным покрытием, отражающим спектральный диапазон (0,6÷0,95) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8÷13,5) мкм, а также два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, причем второй компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,6÷0,95) мкм, выполнен в виде отрицательной линзы, четвертый - в виде отрицательного мениска, первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (8,0÷13,5) мкм, выполнен в виде положительной линзы, в отличие от известного, общий входной канал содержит отрицательный мениск, первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,6÷0,95) мкм, выполнен в виде отрицательной линзы, третий и пятый компоненты этого канала выполнены в виде положительных двояковыпуклых линз, при этом канал имеет дополнительный шестой компонент, представляющий собой положительный мениск, и апертурную диафрагму, расположенную между пятым и шестым компонентами, а оптический канал, работающий в спектральном диапазоне (8,0÷13,5) мкм, выполнен двухкомпонентным, второй компонент которого является положительной линзой, причем апертурная диафрагма расположена между плоским зеркалом и первым компонентом оптического канала (8÷13,5) мкм, при этом выполняется следующее соотношение:

где FТП - фокусное расстояние оптического канала (8÷13,5) мкм;

FТВ - фокусное расстояние оптического канала (0,6÷0,95) мкм;

DТП - диагональ фотоприемника оптического канала (8÷13,5) мкм;

DТВ - диагональ фотоприемника оптического канала (0,6÷0,95) мкм.

Такая оптическая система содержит меньшее число оптических деталей в тепловизионном канале, работающем в проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении, и обеспечивает более высокую светосилу телевизионного канала, работающего в отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении, а также расширяет угловое поле зрения обоих каналов и с сохранением высоких оптических характеристик.

Оптической схема двухканальной системы показана на фигуре 1.

Двухканальная оптическая система содержит общий входной канал, состоящий из отрицательной менисковой линзы 1, плоского зеркала 2 с дихроичным покрытием, пропускающим спектральный диапазон (8÷13,5) мкм и отражающим спектральный диапазон (0,6÷0,95) мкм, оптический канал в проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении, состоящий из апертурной диафрагмы 3, положительной линзы 4, положительной линзы 5 и защитного стекла 6 фотоприемника 7, оптический канал в отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении, состоящий из отрицательной линзы 8, отрицательной линзы 9, положительной двояковыпуклой линзы 10, отрицательного мениска 11, положительной двояковыпуклой линзы 12, апертурной диафрагмы 13, положительного мениска 14 и защитного стекла 15 фотоприемника 16.

Конструктивные параметры варианта исполнения оптической системы приведены в таблице 1.

Параметры такого варианта исполнения оптической системы для оптического канала спектрального диапазона (0,5÷0,9) мкм:

- расчетная длина волны 0,7 мкм;
- рабочий спектральный диапазон (0,6÷0,95) мкм;
- фокусное расстояние 6,0 мм;
- линейное поле зрения 4,5 мм;
- угловое поле зрения ~41,1°;
- относительное отверстие 1:1

Параметры такого варианта исполнения оптической системы для оптического канала спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм:

- расчетная длина волны 10,6 мкм;
- рабочий спектральный диапазон (8,0÷13,5) мкм;
- фокусное расстояние 18,2 мм;
- линейное поле зрения 13,6 мм;
- угловое поле зрения ~41,0°;
- относительное отверстие 1:1,3

Принцип действия оптической системы заключается в следующем.

Первый компонент 1, выполненный в виде отрицательного мениска, в сочетании со вторым компонентом 2, выполненным в виде зеркала с дихроичным покрытием, является единым входным окном для обоих каналов, работающих в различных спектральных диапазонах.

Оптический канал в проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении, выполнен из двух положительных компонентов 4 и 5, а апертурная диафрагма 3 расположена между зеркалом 2 с дихроичным покрытием и компонентом 4, чем обеспечивается необходимая коррекция аберраций в спектральном диапазоне (8,0÷13,5) мкм, а также увеличение углового поля зрения.

Оптический канал в отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении, выполнен из силовой части - компоненты 8, 9 и 10, которая создает необходимую оптическую силу канала, и трехлинзового компенсатора полевых аберраций 11, 12, 14, компенсирующего кривизну поверхности изображения в спектральном диапазоне (0,6÷0,95) мкм, а апертурная диафрагма 13 расположена между пятым компонентом 12 и шестым компонентом 14, чем обеспечивается увеличение углового поля зрения и повышение светосилы до уровня 1:1.

Для реализации режима одновременного совмещения изображений от двух каналов разных спектральных диапазонов требуется совпадение величин полей зрения с точностью, позволяющей провести дополнительную электронную коррекцию, для чего необходимо выполнить следующее соотношение:

где FТП - фокусное расстояние оптического канала (8÷13,5) мкм;

FТВ - фокусное расстояние оптического канала (0,6÷0,95) мкм;

DТП - диагональ фотоприемника оптического канала (8÷13,5) мкм:

DТВ - диагональ фотоприемника оптического канала (0,6÷0,95) мкм.

Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая:

- толщину защитного стекла 6 (или 15) фотоприемника, равную 1,0 мм (0,75 мм соответственно);

- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива - 1,0 на длинах волн 0,6 мкм и 0,7 мкм, 0,8 на длине волны 0,8 мкм, 0,5 на длине волны 0,9 мкм и 0,2 на длине волны 0,95 мкм, 1,0 на длинах волн 8,0 мкм, 10,6 мкм, 12,5 мкм и 13,5 мкм;

- пространственную частоту ~90 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (0,6÷0,95) мкм с размером чувствительного элемента, равным 5,625 мкм),

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

получаем следующие расчетные значения качественных характеристик оптической системы:

- для оптического канала спектрального диапазона (0,6÷0,95) мкм:

- для оптического канала спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм:

Как видно из расчетов, оптическая система, при простоте ее конструкции, обеспечивает хорошее качество изображения в обоих каналах (канал 0,6÷0,95 мкм и канал 8,0÷13,5 мкм) для оптико-электронных приборов, использующих общий входной канал и два фотоприемника:

- телевизионную ПЗС матрицу спектрального диапазона (0,6÷0,95) мкм с размером пикселя 5,625 мкм;

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

Двухспектральная оптическая система, содержащая общий входной канал, плоское зеркало с дихроичным покрытием, отражающим спектральный диапазон (0,6÷0,95) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8÷13,5) мкм, а также два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, причем второй компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,6÷0,95) мкм, выполнен в виде отрицательной линзы, четвертый - в виде отрицательного мениска, первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (8,0÷13,5) мкм, выполнен в виде положительной линзы, и отличающаяся тем, что общий входной канал содержит отрицательный мениск, первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,6÷0,95) мкм, выполнен в виде отрицательной линзы, третий и пятый компоненты этого канала выполнены в виде положительных двояковыпуклых линз, при этом канал имеет дополнительный шестой компонент, представляющий собой положительный мениск, и апертурную диафрагму, расположенную между пятым и шестым компонентами, а оптический канал, работающий в спектральном диапазоне (8,0÷13,5) мкм, выполнен двухкомпонентным, второй компонент которого является положительной линзой, причем апертурная диафрагма расположена между плоским зеркалом и первым компонентом оптического канала (8÷13,5) мкм, при этом выполняется следующее соотношение:

где FТП - фокусное расстояние оптического канала (8÷13,5) мкм;

FТВ - фокусное расстояние оптического канала (0,6÷0,95) мкм;

DТП - диагональ фотоприемника оптического канала (8÷13,5) мкм;

DТВ - диагональ фотоприемника оптического канала (0,6÷0,95) мкм.



 

Похожие патенты:

Визирная система содержит низкосветосильный и высокосветосильный объективы и головную часть, которая содержит призму-куб, установленную над низкосветосильным объективом, и головное отражающее зеркало, установленное над высокосветосильным объективом, оптическая ось которого наклонена относительно вертикальной оси, совпадающей с оптической осью низкосветосильного объектива.

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.

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 оптической технологии, в частности к устройству ночного видения. Устройство ночного видения содержит первую светочувствительную микросхему, первую линзовую группу (101), первый экран дисплея, систему обработки изображений и систему управления для регулирования диапазона формирования изображений первой светочувствительной микросхемы посредством регулирования изменения оптического масштабирования первой линзовой группы и/или цифрового масштабирования системы обработки изображений.

Объектив может быть использован в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит четыре мениска, из которых первый, второй и четвертый по ходу луча - положительные, а третий - отрицательный.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения. Инфракрасная зеркально-линзовая система состоит из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего положительную линзу и главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, второго компонента, содержащего первую и третью положительные и вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзы, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой.

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, второго компонента, установленного с возможностью ввода-вывода в оптический тракт и содержащего первую отрицательную и вторую положительную вогнуто-выпуклые линзы и третью положительную выпукло-вогнутую линзу, третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную вогнуто-выпуклые линзы, третью выпукло-вогнутую и четвертую вогнуто-выпуклую положительные линзы, и фотоприемного устройства.

Объектив может быть использован в тепловизорах с фотоприемными устройствами в виде микроболометрической матрицы, не требующей охлаждения до криогенных температур, работающей в спектральной области 8-12 мкм.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит три мениска, первый из которых - положительный, второй - отрицательный, третий - положительный.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, не требующими охлаждения до криогенных температур, чувствительных в спектральном диапазоне 8-12 мкм.

Объектив может быть использован в оптико-электронных приборах в условиях ограничения по массе и габаритам при эксплуатации. Объектив включает расположенные по ходу луча первый положительный мениск с одной асферической поверхностью, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, второй мениск с возможностью его поворота на 180° и перемещения по оптической оси и третий положительный мениск с одной асферической поверхностью, обращенный вогнутостью к плоскости изображений.

Изобретение относится к технологии выращивания профилированных монокристаллов германия из расплава, применяемых в качестве материала для детекторов ионизирующих излучений, для изготовления элементов оптических и акустооптических устройств ИК-диапазона – линз и защитных окон объективов тепловизионных приборов, лазеров на окиси углерода, а также для изготовления подложек фотоэлектрических преобразователей.

Изобретение может быть использовано в наблюдательных приборах и телевизионных обзорных комплексах. Объектив содержит апертурную диафрагму и четыре компонента.

Двухспектральная оптическая система может быть применена в широкоугольных тепло-телевизионных приборах. Оптическая система содержит общий входной канал, плоское зеркало с дихроичным покрытием, отражающим спектральный диапазон мкм и пропускающим спектральный диапазон мкм, и два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов. Общий входной канал содержит отрицательный мениск, а оптический канал, работающий в спектральном диапазоне мкм, выполнен двухкомпонентным с расположением апертурной диафрагмы между плоским зеркалом и первым компонентом, оптический канал, работающий в спектральном диапазоне мкм, выполнен шестикомпонентным с расположением апертурной диафрагмы между пятым и шестым компонентами. Технический результат - увеличение светосилы телевизионного канала и уменьшение количества оптических деталей в тепловизионном канале с расширением углового поля зрения обоих каналов и с сохранением высоких оптических характеристик. 1 ил., 1 табл.

Наверх