ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1998 года по МПК G02B23/12 G02B26/06 

Изобретение относится к оптико-электронным аппаратам наблюдения с высоким пространственным разрешением и может быть использовано для повышения качества изображения в увеличенном поле.

Известен аппарат наблюдения с высоким пространственным разрешением, содержащий объектив с действительным выходным зрачком и позволяющий исправить кривизну поля изображения на большом размере в широком интервале спектра по сравнению с системами Кассегрена или Ричи-Кретьена (см., например, патент США N 4101195 от 18.07.78 "Анастигматический трехзеркальный телескоп").

Недостатком таких систем является отсутствие возможности дополнительной коррекции качества изображения при наличии ошибок и деформаций главного зеркала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является оптико-электронный аппарат наблюдения с высоким пространственным разрешением, содержащий двухступенчатую оптическую систему, с действительным выходным зрачком, полевую оптическую систему, установленную между крупногабаритной первой ступенью и малогабаритной второй ступенью, адаптивные корректоры ошибок крупногабаритных зеркал первой ступени для одной скорректированной зоны поля изображения, установленные преимущественно во второй ступени вблизи выходного зрачка, приемник изображения с системой электронного считывания, систему управления корректорами и датчик волнового фронта, установленный в скорректированной зоне поля изображения, выход которого соединен с системой управления (см., например, Meinel A.B. et al., патент США N 4836666 "COMPENSATION FOR PRIMARY WAVEFRONT ERROR", а также Meinel A.B., Meinel M.P. "Двухступенчатая оптика: высокое качество изображения в системах с элементами низкого качества". Optical Engineering, 1992, V. 31, N 11, p> 2271-2281).

Недостатком такого аппарата является то, что адаптивные корректоры выполнены с возможностью коррекции только одной зоны поля изображения. Это ограничивает объем информации при наблюдении протяженных объектов.

Целью настоящего изобретения является увеличение размера скорректированного поля изображения аппарата за счет введения в систему дополнительного контроллера синхронного управления асферичностью обоих адаптивных корректоров.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно введенный контроллер выполняется с возможностью синхронного управления корректируемыми зонами поля изображения и считыванием изображения с этих же зон поля, а адаптивные корректоры ошибок волнового фронта выполнены с возможностью изменения эффективной асферичности первых крупногабаритных зеркал оптической системы для коррекции полевых ошибок в корректируемой зоне поля изображения. При этом коррекция может выполняться в соответствии с заданной программой, исправляя последовательно ошибки во всех зонах поля изображения, или используя данные датчика или датчиков волнового фронта, расположенных в фокальной плоскости в нескольких зонах поля изображения, корректируют также ошибки волнового фронта, возникающие во время эксплуатации системы наблюдения.

Примеры выполнения аппарата по предлагаемому изобретению представлены на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема аппарата, в которой два первых крупногабаритных зеркала 1 и 2 изображаются полевым зеркалом 3 соответственно на адаптивном корректоре ошибок 4 в выходном зрачке системы и адаптивном корректоре ошибок 5, осуществляющем коррекцию ошибок зеркала 2. Датчик или датчики волнового фронта 5 устанавливаются в одной плоскости с приемником изображения 7, сопряженным с системой электронного считывания 8. При этом датчики волнового фронта 6 могут устанавливаться в нескольких зонах поля изображения для контроля динамических ошибок волнового фронта, изменяющихся по полю изображения. Выход датчиков 6 подключен к входу согласующего контроллера 9 в системе управления 10 корректорами ошибок 4 и 5.

При работе системы сначала датчик 6 по команде от системы управления 10 анализирует состояние волнового фронта, основной вклад в искажения которого вносят ошибки формы поверхности главного зеркала 1. При наличии искажений система управления 10 выдает управляющие сигналы для их компенсации с помощью корректора ошибок 4.

Как правило вторичное зеркало 2 не требует коррекции в связи с существенно меньшими размерами по сравнению с главным зеркалом 1. Как только датчик 6 выдаст информацию об отсутствии искажений главного зеркала 1 в пределах, превышающих погрешность контроля, контроллер 9 через систему управления 10 по заданной программе сперва инициирует электронное считывание и запоминание системой 8 исходной откорректированной зоны поля изображения, а затем выдает команду на синхронное изменение состояния корректоров ошибок 4 и 5 для оптимальной коррекции всей оптической системы для следующей зоны поля изображения и т.д. до команды на считывание последней зоны по всей запрограммированной площади изображения. При необходимости отдельной коррекции ошибок зеркала 1 для разных зон поля изображения такая коррекция проводится при переходе к каждой следующей зоне по информации датчика волнового фронта 6, установленного в этой зоне поля изображения.

На фиг. 2 представлен другой вариант выполнения аппарата с оптической системой, в которой корректор 5 ошибок вторичного зеркала 2 выполнен совмещенным с самим вторичным зеркалом 2. Такой вариант, учитывая существенно меньший размер зеркала 2 по сравнению с зеркалом 1 и, в связи с этим, практическую возможность реализации узла адаптивного вторичного зеркала, позволяет упростить систему за счет исключения из нее отдельного корректора ошибок 5.

В предлагаемом решении обеспечивается возможность последовательной коррекции качества изображения для нескольких смежных или перенакладываемых кольцевых зон поля изображения с последующим синтезом суммарного поля с исправленным качеством изображения. В отличие от прототипа, в котором единственный корректор может управлять коррекцией формы поверхности главного зеркала, предлагаемое решение обеспечивает синхронную подгонку эффективной асферичности главного и вторичного зеркал для соответствующих зон поля изображения с помощью двух корректоров ошибок, один из которых совмещен с квазиплоским зеркалом в реальном выходном зрачке для коррекции асферичности и ошибок формы поверхности главного зеркала для различных зон поля изображения, а другой осуществляет те же функции для вторичного зеркала и, в частном случае, может быть совмещен с самим вторичным зеркалом.

Кроме того, в прототипе при работе малого зеркального корректора в выходном зрачке нет полной коррекции для всего расчетного поля изображения из-за различия углов падения световых пучков на корректор.

В этом случае коррекция с заданной точностью может быть достигнута только для кольцевых зон поля изображения. Для оптимальной коррекции в пределах всего расчетного поля изображения может быть использовано предлагаемое решение.

Таким образом, предлагаемое решение удовлетворяет критериям новизны и существенности отличительных признаков.

Оптико-электронный аппарат содержит главное и вторичное зеркала с адаптивными корректорами их ошибок, полевую оптическую систему, приемник излучения, систему электронного считывания приемника изображения, датчик волнового фронта и систему управления адаптивными корректорами ошибок. Корректоры выполнены с возможностью отработки программных команд контроллера синхронного управления асферичностью корректоров и коррекции асферичности зеркал для соответствующих корректируемых зон поля изображения. Контроллер может быть выполнен с возможностью расчета закона считывания зон поля изображения, для которых удовлетворяется условие оптимальной коррекции качества при заданных значениях асферичности обоих адаптивных корректоров для каждой зоны и считывание изображения с указанных зон. Аппарат обеспечивает увеличение размера скорректированного поля изображения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Оптико-электронный аппарат, содержащий оптическую систему с действительным выходным зрачком, включающую главное и вторичное зеркала, полевую оптическую систему и приемник излучения, а также адаптивные корректоры ошибок главного и вторичного зеркал, отличающийся тем, что введены система электронного считывания приемника изображения, датчик волнового фронта и система управления адаптивными корректорами ошибок, содержащая контроллер синхронного программного управления асферичностью обоих адаптивных корректоров для последовательно корректируемых зон поля изображения, выходы датчика волнового фронта подключены к входу контроллера, выход которого соединен с системой электронного считывания приемника изображения и системой управления адаптивными корректорами, а корректоры выполнены с возможностью отработки программных команд контроллера и коррекции асферичности зеркал для соответствующих корректируемых зон поля изображения. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью расчета закона считывания зон поля изображения, для которых удовлетворяется условие оптимальной коррекции качества при заданных значениях асферичности обоих адаптивных корректоров для каждой зоны и считывание изображений с указанных зон.