Оптическая система для зондирования атмосферы

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК (si)s г- 01 м 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOf4Y СВИДЕТЕЛЬСТВУ

D»(L +Ь<)-(2в-Р )(ь -Ь ) g 2Р„Ь Ь -Р» Е (Ь,+Ь )+ 72В-Р )(Ь,-Ь„) J а риаметр диафрагмы йри этом равен Г(2вР.)(ь -ь )+D (ь, Lo)+29ь, ь.

Р К(—, »» у, д о э ) . ((2В-Р )-(Ь -I ) Е - 2»Г(Ь, +L,)+2D» L, L g

I где I)Ä - диаметр приемного объектива;

f - фокусное расстояние приемного объектива;

В - расстояние межру оптичес кими осями приемного объек... тива и источнйка излучения в месте их установки;

1) - диаметр Луча- на- ВыХоде источника излучения;

9 - угол расходимости излучения источника;

1.д - начальная дальность зондирования;

-f.< - максимальная дальность зондированйя.

Известны также оптические системы для зондирования разнесенного типа, .; в которых источник направленного из лучения расйоложен рядом с приемным. . объективом, а их оптические оси лежат в одной плоскости параллельно или

: под некоторым углом друг к другу.

В фокальной плоскости. приемного объектива любого типа системы установ- .

:лена попеля диафрагма, за . которой

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕHTHOE

ВЕДОМСТВО СССР

{ГОСПАТЕНТ СССР) 1 (21) 2475195/10 (22) 06. 04 ..77 (46) 07,02.93. 6юл. 8 5 (71) Инстйтут оптики атмосферы

Сибирского отделения АН СССР (72) С.А.Даничкин (56) Авторское свиретельство СССР

372460, кл. (01 М 1/00, 1972. "Известия АН ; "Физика атмо- . сферы и океана", т. 6, 8 9, 1970, с, 889-899. м ™ (54)(57) ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЗОН-

ДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, содержащая источйик направлеййого излучения и при:,:емное устройство с объективоМ, поле-

: - вой диафрагмой, установленной со смешением относительно оптической оси приемного устройства, а также све-.

: .тофильтрами и фотодетектором, о т: л и ч а ю щ а я с я тем, что, с

- целью-увеличения отновения сигнал/

/шум, в ней ролевая диафрагма размещена эа фокальйой flltocKocTbe объектива на расстоянии, равном

Изобретение относится к технике оптического эондйроеания атмосферы и может .быть применено в лазерных локаторах и лидарах.

Йзвестйй оптические системы для зондирования протяженных сред. сов мещенного типа, содержащие источник напраеленйого излучения и приемный объектив, .оптические ocvi которых совмещенй.

„„ДЦ„„673015 А1

673015 помещены светофильтры и Фоторетектор.

В процессе зонлирования посылаемое передатчиком излучение рассеивается в среде на различных расстояниях от wpapa. Приходящее на приемный. объектив рассеянное излучение созлает изображение рассеивающего объема. 8 зависимости от дальности до зондируемого объема его изображение оказывается смещенным вдоль оптической оси объектива за фокальную плоскость, в которой установлена полевая лиафрагма, на различную вели- 15 чину. He совпадение положения изображенйя с плоскостью установки полевой диаФрагмы приводит к тому, что на диафрагме изображеййе оказывается деАокусированным и за счет этого я имеет .больший размер. Причем, чем ближе находится от лидара рассеивавщий объем, " тем значительнее де-. фокусировка увеличивает размеры пятна освещения диафрагмы прйходящим: на объектив рассеянным потоком. Поскольку обычно -обрабатйвают те сигналы с фотодетектора, которые вызваны невиньетйруемыми потоками,то 30 для зондирования областей, близко расположенных к лидару, увелйчйвавт диаметр полевой диафрагмы. По мере удаления зондируемого объема размер его изображения Й смещения от фокальной плоскости умвньшается и полезный поток ЙрохориМ "тб)ТЬко через часть площади полевой диаФрагйы.

Если зондирование пфоводится""в -при» сутствии внешних источников излуче- 40 ний, то уветтичение размеров диафрагмы и, следовательно, угла йoля зрения приемного объектива ведет к возрастанию потока помехи на фотодетек- торео

Возрастание помехи уменьшает отйошение сигнал/шум, что npi4sopat к ограничению дайьйости зонт1йрования, поскольку величина -сигнала остается неизменной (не зависит от диаметра диафрагмы), Известна также оптическая система"для зондирования, содержащая импульсный лазерный йередатчик направленного. Излучения и расположенный на близком расстоянии от него прием- ® ный линзовый объектив, в фокальной плоскостй которого центрировано относительно оптической оси установле"

4 на полевая диафрагма с расположенными за ней светофильтрами и фотодетектором (фотоэлектронным умножителем), Передатчик излучения и приемный объектив устанавливались так, что их оптические оси могли либо пересекаться, либо не пересекаться в зондируемой среде, Однако этому устройству также свойственны указанные выше недостатки..

Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум. ,для этой цели в приемном устройстве полевая дйафрагма устанавливается за фокальной плоскостью объекти- ва на расстоянии, равном

Э tl (L +Ь )-(2В-Do) (Ь,-Ь,)

2в„т.,,ь,:э„к(ь, L,$+f(2В-Б,) (L, т..7 а диаметр диафрагмы при этом выбран равным тт Г (2В+Рн (Le-Lo)+ ð(L,+Lo)+2 9 L, Ь а g (2B=.Do) (L < Lo) т)л (L I+Lo +2DnL

rpe f — @o ci4oe расстояние приемного объектива;

1)Ä - лиаметр приемного объекти-

sR

В - расстоянйе между оптическими осями приемного объективаи источника излучения в месте их установки;

D - Яйаметр луча на выходе исо точника;

9 - угол расхолимости излучения источника;

Т - начальная дальность зондирования;L - максимальная дальность зондирования, Смещение полевой диафрагмы за фокальную поверхность объектива, ближе к плоскости положения изображения рассеивающего объема, находящегося на начальной дальностй зондирования, сопровожпается уменьшением дефокусировки. 8 та же. время для рассеивающих объемов, находящихся на максимальной дальности зондирования, дефокусировка увеличивается. Однако общая величина дефокусировок такова, что она позволяет уменьшить диаметр полевой диафрагмы.

Уменьшение диаметра полевой диафрагмы приводит к снижению уровня помехи и увеличению отношения сиг5 673015 6 нал/шум. Это позволяет увеличить стояний до рассеивающего объема придальность зондирования в присутствии ведет„ к тому, что изображение окавнешних Фонов с одновременным ñîõðà- жется сформированным до плоскости нением начальной дальности зондиро- диафрагмы и на последнюю будет при5

% М вания. ходить расхолящиися пучок лучеи.

На чертеже изображена схема опти- Орнако все они без ограничения пройческой системы для зондирования раз- дут за нее, поскольку вписываются несенного типа. s размеры риафрагмы. Поток. рассеянОптическая система включает ис- 10 ного излучения, поступающий с преточник направленного излучения 1, дельной дальности. зондирования 1, расположенный рядом приемный объ- . также лефокусирован в плоскости полеектив 2, изображенный в виде линзы вой диафрагмы, но окружность, его с полевой диафрагмой 3, светофильт- ограницивающая, вписывается в нее и рами. 4. и Фоторетектором 5. Оптичес-: 15 касается противоположного, чем ракие оси передатчика излучения 00 . . нее, края диафрагмы. Если бы прием и приемного объектива 0 0< располо- потоков велся с еще больших расстояжены в одной плоскости и могут быть. ний, чем Т., то имело бы место виньепараллельными, или образовывать между тирование. собой некоторый угол ф. Полеввя диа" 2О .Таким образом, потоки, созлающие фрагма 3 установлена за Фокальной . полезный сйгнал "фотодетектора, прохоплоскостью объектива F на расстоянии дят через полевую риафрагму без виньеот нее. Прицем ее центр смещен от оп- тирования во всем диапазоне зонди" тической оси передатчика излучения и руемых дальностей, а за счет уменьприемного объектива, " 25 шения ее размеров снижен уровень фоСистема для зондирования разне- : новой помехи. сенного типа (В Ф О) работает сле- . Работу оптической системы для зон" дующим образом. ":: . : .: . дирования совмец1енного типа можно

При посылке излучения в зондируе- пояснить на следующем примере (ВО). мую зону происходит его рассеяние ЗО ) по трассе на веществе среды. Посту- .. Поскольку оптические оси источни- пающий на приемный объект рассеянный ка направленного излученйя и приемпоток создает изображение сопряжен- ного объектива совмец1ены, то рассеиного рассеивающего объема. Еслй этот - вающий объем и его изображение не" рассеивающий объем находится от ли- 35 зависимо" от дальности остаются цент-. дара на расстоянии, равном начальной рированными относительно оси объекдалъности зондирования, то изображе- тива. Величины смещений зображений ние его сформировано за Фокальной от Фокальной поверхности сопряженплоскостью объектива и за плоско- . ных рассеивающих объемов,.находящихстью установки полевой диафрагмь!. 4О ся на различных дальностях, равны

К плоскости диафрагмы изображение .. смещениям в системе разнесенного тирасположено ближе и поэтому дефоку- . па, если. в системах используют объек" сировка меньше увелицивает ту пло- . тивы с одинаковыми фокусными расстоя-" щадь, через которую в диафрагме про- ниями. ходит Формирующий изображение поток.. 45 Поэтому поток от рассеивающего

Окружность, ограничивающая область объема, нахорящегося на начам ной прохождения потока через полевую .: дальности зондирования, в плоскости . диаФРагму, заполняет часть диафраг» :. полевой диафрагмы из-за дефокусировмы и касается орного ее края. Потоки, ки расширен и заполняет всю площадь поступающие на объектив йз рассеиваю- 5О диафрагмы. По мере удаления рассеищих объемов, расположенных на рассто- вающего объема плоскость изображе.яниях ближе, чем начало зондирова- ния приближается к плоскости устания T.+ булут виньетироваться поле- новки диафрагмы и поток заполняет вой диафрагмой. С увеличением рас- .. . только ее центральную часть. Для стояний изображение рассеивающего 55 рассеивающего объема, находящегося объема приближается к Фокальной по- на максимальной дальности зондироваверхности и для какого-то расстоя- ния, его изображение Формируется до .ния совпадает с плоскостью установки плоскости установки диафрагмы и на диафрагмы. Дальнейшее увеличение рас- последнюю вновь поступает расходящий7 .. 673015, . 8 ся Ноток, запаолняяа, поалностью площадь ми размерами в сравнении с теми, диафрагмы. Таким образом, s оптичес-. . . когда лиаФрагма установлена в фо-, кой системе совмещенного типа: с полее . ка альнаой плоскости, ведется невинье-. вой диафрагмой, установленной за фо" 5 тируемый прием потоков во всем диа» кальной пльскостыв, и с уменьшений-, пазоне зондируемых дальностей. ф

Уа, а а Ваавв» а а

Релак»тора О. ьилавйаййаова Техред Й. Иоргаеантал Коррвектор H. Ãóíüêo еююейвею ЕеееЕЕвйеюеюее юююююю«вЕ«еаеюевйЕе<веюеююЕеювювваееееЕ«Еююавюаюююююавюа ю«ею ею.

Заказ 1093 Тираж" " - "" -::: ".: ПоФМсанов е --,-,, ВН ЙОИ Госуда»рственнвого комитета rio изобретениям иа "открайтиям при ГКНТ АЗССР

1) 3035, Иосква, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5 . Еююеюеаыееееюю ° ав ° ее«е««ев ею«а+ ° а в ввееввЕеюеевв«Е«вве ею ее«ею«ее«» авеюееевве

Производственно-издательский коибинат "Патент", r, Ужгород, ул, Гагарина, 101