ПРИЕМНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА Российский патент 1997 года по МПК G01S17/00 G03B9/36 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в приемных оптических системах оптико-электронных приборов.

Известна приемная оптическая система оптико-электронного прибора, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси системы апертурную диафрагму, объектив и расположенный в непосредственной близости от фокальной плоскости объектива приемник излучения [1]
Недостатком указанной системы является низкое отношение сигнал/шум на выходе приемника излучения, обусловленное неравномерностью чувствительности приемника излучения по его площадке из-за относительно больших размеров площадки используемого приемника излучения.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам к изобретению является приемная оптическая система оптико-электронного прибора, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси системы апертурную диафрагму, объектив, полевую диафрагму, конденсор и приемник излучения [2]
Недостатком известной системы является слабая степень ее защищенности от непрерывного и частично-импульсного лазерного излучения, воздействие которого создает помехи работе оптико-электронного прибора или выводит его из строя путем, например, разрушения чувствительного слоя приемника излучения.

Изобретение направлено на улучшение технических характеристик приемной оптической системы оптико-электронного прибора за счет повышения ее защищенности от воздействия непрерывного и частично-импульсного лазерного излучения.

Это достигается тем, что приемная оптическая система оптико-электронного прибора, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси системы апертурную диафрагму, объектив, полевую диафрагму, конденсор и приемник излучения, дополнительно снабжена камерой с прозрачными для лазерного излучения стенками, U-образной трубкой, поршнем и отражающим элементом. При этом камера установлена перед апертурной диафрагмой, заполнена легкоиспаряющейся жидкостью, содержащей частицы графита или сажи и выполнена с отверстием. Центр отверстия размещен на оптической оси системы, а его диаметр равен диаметру апертурной диафрагмы. U-образная трубка герметично соединена с камерой и заполнена ртутью. Поршень контактирует с ртутью. Отражающий элемент соединен с поршнем и установлен перед полевой диафрагмой. Верхний край отражающего элемента расположен в нижней точке на внешней границе области распространения пучка оптического излучения, сформированного приемной оптической системой. На внешнюю поверхность апертурной диафрагмы нанесено отражающее покрытие.

На чертеже представлена схема приемной оптической системы оптико-электронного прибора.

Предлагаемая система производит регистрацию потока оптического информационного излучения 1, потока лазерного излучения 2 и содержит камеру 3, легкоиспаряющуюся жидкость 4, отражающее покрытие 5, апертурную диафрагму 6, объектив 7, полевую диафрагму 8, конденсор 9, приемник излучения 10, U-образную трубку 11, ртуть 12, поршень 13, отражающий элемент 14.

Приемная оптическая система работает следующим образом.

В отсутствии потока лазерного излучения одна часть потока оптического информационного излучения 1 поступает на вход апертурной диафрагмы 6, а другая падает на поверхность камеры 3. Введенная в состав приемной оптической системы камера 3 с легкоиспаряющейся жидкостью 4 вместе с U-образной трубкой 11 с ртутью 12, поршнем 13 и отражающим элементом 14 образуют устройство защиты приемной оптической системы от воздействия лазерного излучения, которое является нечувствительным к оптическому информационному излучению из-за низкой его плотности мощности. Поэтому поступающий на вход апертурной диафрагмы поток оптического информационного излучения далее с помощью объектива 7, полевой диафрагмы 8 и конденсора 9 собирается без потерь на чувствительной площадке приемника излучения 10 и преобразуется им в электрический сигнал для последующего анализа и обработки.

При воздействии на приемную оптическую систему потока лазерного излучения 2 с плотностью мощности, достаточной для функционального подавления оптико-электронного прибора, одна его часть собирается на приемнике излучения и поглощается его чувствительным слоем, а другая часть падает на поверхность камеры 3, проходит через прозрачные стенки и поглощается легкоиспаряющейся жидкостью 4. Одновременное поглощение лазерного излучения чувствительным слоем приемника излучения и легкоиспаряющейся жидкостью в начальный момент воздействия потока лазерного излучения происходит вследствие превышения диаметра поперечного сечения лазерного пучка в плоскости расположения входного зрачка приемной оптической системы над диаметром апертурной диафрагмы. Так как наведение лазерного пучка осуществляется в реальных условиях с ошибками, то другое соотношение между диаметрами пучка и апертурной диафрагмы не обеспечивает полного или хотя бы частичного накрытия лазерным пучком входного зрачка приемной оптической системы. Уровень плотности мощности воздействующего излучения находится выше уровня плотности мощности, при котором легкоиспаряющаяся жидкость изменяет свое фазовое состояние. В результате поглощения лазерного излучения жидкость 4 закипает. Образующийся пар оказывает давление через находящуюся в U-образной трубке 11 ртуть 12 на поршень 13. Поршень перемещает соединенный с ним отражающий элемент 14 из точки А в точку Б, расположенные на внешней границе области распространения пучка оптического излучения в плоскости перед полевой диафрагмой 8. Через промежуток времени, составляющий десятки миллисекунд после начала момента воздействия лазерного излучения, отражающий элемент закрывает отверстие в полевой диафрагме. Поток лазерного излучения, ранее поступающий на вход приемника излучения, теперь падает на поверхность элемента 14 и после отражения улавливается поглотителем, например рогом Вуда (не показан). Таким образом обеспечивается защита приемника излучения, как наиболее уязвимого элемента приемной системы, от воздействия лазерного излучения.

После прекращения воздействия потока лазерного излучения легкоиспаряющаяся жидкость за счет охлаждения совершает обратный фазовый переход. Отражающий элемент, возвращаясь в исходное положение, открывает отверстие в полевой диафрагме. Приемная оптическая система вновь готова к регистрации потока информационного излучения.

Введение в жидкость частицы графита или сажи увеличивает ее способность поглощать лазерное излучение в широком спектральном диапазоне. Отражающее покрытие 5, нанесенное на внешнюю поверхность апертурной диафрагмы, возвращает прошедшую через жидкость без поглощения часть лазерного излучения обратно в камеру, что повышает чувствительность защитного устройства. При этом в качестве легкоиспаряющейся жидкости может быть использован этиловый эфир с удельной теплотой парообразования (2-4)•10⁵ Дж/кг.

Таким образом, предложенная оптическая система оптико-электронного прибора надежно защищена от воздействия потоков непрерывного и частично-импульсного лазерного излучения, генерируемого в широком спектральном диапазоне. При этом введенные в состав системы дополнительные элементы в отсутствии потока лазерного излучения не ослабляют регистрируемый поток оптического информационного излучения и не искажают его структуру.

Источники информации.

1. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов: Учебник для вузов.-Изд. 2-е, перераб. и доп.-М. Советское радио, 1980, с. 104-106.

Проектирование оптико-электронных приборов: Учеб. пособие для студентов втузов /Ю. Б. Парвулюсов, В.П. Солдатов, Ю.Г. Якушенков; Под общ. ред. Ю.Г. Якушенкова. М. Машиностроение, 1990, с. 210-211 (прототип).

Использование: в приемных оптических системах оптико-электронных приборов, производящих регистрацию потоков оптических информационных излучений в условиях воздействия непрерывных и частотно-импульсных потоков лазерного излучения. Сущность изобретения: система содержит последовательно установленные вдоль ее оптической оси апертурную диафрагму, объектив, полевую диафрагму, конденсор и приемник излучения, а также камеру с прозрачными для лазерного излучения стенками, U-образную трубку, поршень и отражающий элемент. Камера установлена перед апертурной диафрагмой, заполнена легкоиспаряющейся жидкостью, содержащей частицы графита или сажи, и выполнена с отверстием, размещенным на оптической оси системы. U-образная трубка герметично соединена с кюветой и заполнена ртутью, а отражающий элемент соединен с поршнем и установлен перед полевой диафрагмой. 1 ил.

Приемная оптическая система оптико-электронного прибора, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси системы апертурную диафрагму, объектив, полевую диафрагму, конденсатор и приемник излучения, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена камерой с прозрачными для лазерного излучения стенками, заполненной легкоиспаряющейся жидкостью, содержащей частицы графита или сажи, герметично соединенной с камерой U-образной трубкой, заполненной ртутью, контактирующим с ртутью поршнем и соединенным с поршнем отражающим элементом, при этом камера установлена перед апертурной диафрагмой и выполнена с отверстием, центр которого размещен на оптической оси приемной оптической системы, а диаметр равен диаметру апертурной диафрагмы, на внешнюю поверхность апертурной диафрагмы нанесено отражающее покрытие, а верхний край отражающего элемента, установленного перед полевой диафрагмой, расположен в нижней точке на внешней границе области распространения пучка оптического излучения, сформированного приемной оптической системой.