ПРИЕМНО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПАНОРАМНОГО ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК G02B27/18 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в приемных оптических системах панорамных оптико-электронных проборов, преобразующих панорамное пространство в угловом поле 360° по азимуту и десятки градусов по углу места в плоское кольцевое изображение на приемнике излучения.

Известна приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора, описанная в пат. US №5631778, опубл. 20.05.1997 г., содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси оптический панорамный блок с двумя отражающими поверхностями, многолинзовую оптическую систему переноса промежуточного изображения на многоэлементный приемник излучения и многоэлементный приемник излучения.

Однако такая система имеет сложную конструкцию, низкое отношение сигнал/шум и качество изображения.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора, описанная в свидетельстве РФ на полезную модель №25947, МПК⁷ G 02 В 13/06, опубл. 27.10.02 г. и содержащая осесимметричные последовательно установленные вдоль оптической оси оптический панорамный блок с двумя преломляющими поверхностями и первой выпуклой и второй вогнутой отражающими поверхностями, с задней фокальной плоскостью, расположенной за оптическим панорамным блоком, и многоэлементный приемник излучения, расположенный в задней фокальной плоскости оптического панорамного блока.

Недостатком такой системы являются наличие потерь на поглощение в оптическом материале при прохождении излучения внутри оптического панорамного блока и низкая разрешающая способность, снижающие контраст в изображении различных точек, отношение сигнал/шум, что ухудшает технические характеристики системы.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение отношения сигнал/шум, повышение разрешающей способности и контраста в изображении различных точек, что обеспечивает улучшение технических характеристик приемной оптической системы панорамного оптико-электронного прибора.

Это достигается тем, что известная приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора, содержащая осесимметричные, расположенные вдоль оптической оси, оптический панорамный блок с первой выпуклой и второй вогнутой отражающими поверхностями и многоэлементный приемник излучения, снабжена осесимметричной микроканальной пластиной с входной и выходной плоскими поверхностями, установленной за оптическим панорамным блоком перед многоэлементным приемником излучения, обе отражающие поверхности оптического панорамного блока выполнены поверхностями второго порядка, при этом входная плоская поверхность микроканальной пластины расположена в задней фокальной плоскости оптического панорамного блока, находящейся за его первой выпуклой отражающей поверхностью, а выходная плоская поверхность микроканальной пластины установлена на многоэлементном приемнике излучения.

В другом варианте выполнения известная приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора, содержащая осесимметричные, расположенные вдоль оптической оси, оптический панорамный блок с первой выпуклой и второй вогнутой отражающими поверхностями и многоэлементный приемник излучения, снабжена осесимметричными волоконно-оптическим диском с входной вогнутой сферической и выходной плоской поверхностями и микроканальной пластиной с входной и выходной плоскими поверхностями, последовательно установленными вдоль оптической оси за оптическим панорамным блоком перед многоэлементным приемником излучения, обе отражающие поверхности оптического панорамного блока выполнены поверхностями второго порядка, при этом вершина входной вогнутой сферической поверхности волоконно-оптического диска расположена в задней фокальной плоскости оптического панорамного блока, находящейся за его первой выпуклой отражающей поверхностью, выходная плоская поверхность волоконно-оптического диска расположена на входной плоской поверхности микроканальной пластины, а выходная плоская поверхность микроканальной пластины установлена на многоэлементном приемнике излучения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора, на фиг.2 - другой вариант ее выполнения.

Приемная оптическая система содержит осесимметричные последовательно установленные вдоль оптической оси 1 оптический панорамный блок 2, выполненный в виде первой выпуклой отражающей поверхности второго порядка 3, за которой расположена его задняя фокальная плоскость 4 и на которую направлены параллельный и симметричный относительно главного луча 5 пучок лучей информационного потока излучения 6 и широкий пучок лучей излучения от фона 7, второй вогнутой отражающей поверхности второго порядка 8, микроканальную пластину 9 с входной плоской поверхностью 10, установленной в задней фокальной плоскости 4 оптического панорамного блока 2 и с выходной плоской поверхностью 11, расположенной на многоэлементном приемнике излучения 12.

В другом варианте выполнения приемная оптическая система дополнительно содержит осесимметричный волоконно-оптический диск 13 с входной вогнутой сферической поверхностью 14, вершина которой расположена в заднюю фокальную плоскость 4 оптического панорамного блока 2, и выходной плоской поверхностью 15, совмещенной с входной плоской поверхностью 10 микроканальной пластины 9, выходная плоская поверхность 11 микроканальной пластины 9 расположена на многоэлементном приемнике излучения 12.

Многоэлементный приемник излучения 12 может быть выполнен в виде матрицы или линеек, перекрывающих ширину кольцевого изображения и расположенных по радиусам из точки на оси под углами 90° или 120° друг к другу.

Приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора работает следующим образом.

Параллельный и симметричный относительно главного луча 5 пучок лучей информационного потока излучения 6 от произвольной точки панорамного пространства поступает на первую выпуклую отражающую поверхность второго порядка 3 оптического панорамного блока 2 и после отражения от нее и второй вогнутой отражающей поверхности второго порядка 8 преобразуется в симметричный относительно главного луча 5 сходящийся пучок лучей, направленный на входную плоскую поверхность 10 микроканальной пластины 9. Выполнение первой отражающей поверхности 3 выпуклой и второй отражающей поверхности 8 вогнутой обеспечивает фокусировку этого пучка и формирование резкого действительного изображения каждой точки изображаемого пространства в задней фокальной плоскости 4 оптического панорамного блока 2 на входной плоской поверхности 10 микроканальной пластины 9, а подбор оптических сил отражающих поверхностей 3 и 8 и расстояний между ними изменяет удаление задней фокальной плоскости 4 оптического панорамного блока 2 от его первой выпуклой отражающей поверхности 3.

Экспериментально установлено, что выполнение отражающих поверхностей первой выпуклой 3 и второй вогнутой 8 поверхностями второго порядка уменьшает аберрации оптического панорамного блока 2 при изображении различных точек, что повышает его разрешающую способность.

Главный луч 5 после вогнутой отражающей поверхности второго порядка 8 направляется параллельно оптической оси 1, что обеспечивает телецентрический ход главного луча на выходе оптического панорамного блока 2.

Одновременно с пучком лучей информационного потока излучения 6 в оптический панорамный блок 2 на его первую выпуклую поверхность второго порядка 3 поступает широкий пучок лучей излучения от фона 7 и после отражения от нее и второй вогнутой отражающей поверхности второго порядка 8 преобразуется в сходящийся пучок, угол сходимости которого за счет аберраций больше угла сходимости пучка лучей информационного потока излучения 6, направленный на входную плоскую поверхность 10 микроканальной пластины 9 и также фокусируется на ней в одной точке с пучком лучей информационного потока излучения 6 в задней фокальной плоскости 4 оптического панорамного блока 2, где излучение от фона 7 накладывается на резкое действительное изображение точки, образованное пучком лучей информационного потока излучения 6, что приводит к снижению разрешающей способности, контраста в изображении различных точек и отношения сигнал/шум всей системы.

Микроканальная пластина 9 пропускает на свою выходную плоскую поверхность 11 и далее на многоэлементный приемник излучения 12 только симметричный относительно главного луча 5 пучок лучей информационного потока излучения 6, который образует резкое действительное изображение точки на многоэлементном приемнике излучения 12, что повышает разрешающую способность, контраст в изображении различных точек и отношение сигнал/шум всей системы.

Главный луч 5 после микроканальной пластины 9 направляется параллельно оптической оси 1, что обеспечивает его телецентрический ход на входе многоэлементного приемника излучения 12.

В другом варианте выполнения приемной оптической системы оптический панорамный блок 2 идентично преобразует одновременно поступающее на его первую выпуклую отражающую поверхность второго порядка 3 пучки лучей информационного потока излучения 6 и пучки лучей излучения от фона 7 в сходящиеся после второй вогнутой отражающей поверхности 8 и направленные на входную вогнутую сферическую поверхность 14 волоконно-оптического диска 13, при этом угол сходимости пучка лучей излучения от фона 7 за счет аберраций больше угла сходимости пучка лучей информационного потока излучения 6. Оба эти пучка лучей фокусируются в одной точке на входной вогнутой сферической поверхности 14 волоконно-оптического диска 13 и направляются на его выходную плоскую поверхность 15 и далее на входную плоскую поверхность 10 микроканальной пластины 9, где на резкое действительное изображение точки, сформированное пучком лучей информационного потока излучения 6, накладывается излучение от фона 7, что приводит к снижению разрешающей способности, контраста в изображении различных точек и отношения сигнал/шум всей системы.

Выполнение входной поверхности волоконно-оптического диска 13 вогнутой сферической обеспечивает выравнивание разрешающей способности при изображении различных точек панорамного пространства пучками лучей информационных потоков излучения, что улучшает технические характеристики всей системы.

Микроканальная пластина 9 пропускает на свою плоскую поверхность 11 и далее на многоэлементный приемник излучения 12 только симметричный относительно главного луча 5 пучок лучей информационного потока излучения 6, который образует резкое действительное изображение точки на многоэлементном приемнике излучения 12, что повышает разрешающую способность, контраст в изображении различных точек и отношение сигнал/шум всей системы.

Главный луч 5 после микроканальной пластины 9 направлен параллельно оптической оси 1, что обеспечивает его телецентрический ход на входе многоэлементного приемника излучения 12.

Экспериментальным путем установлено, что в предлагаемой системе при сохранении максимального углового поля и разрешающей способности одновременно уменьшается диаметр многоэлементного приемника излучения, что увеличивает отношение сигнал/шум всей системы.

Использование предлагаемого технического решения обеспечивает высокую разрешающую способность и качество передачи контраста в изображении различных точек панорамного пространства и повышение отношения сигнал/шум, что улучшает технические характеристики системы.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в приемных оптических системах панорамных оптико-электронных приборов. Система содержит осесимметричные, последовательно установленные вдоль оптической оси оптический панорамный блок, микроканальную пластину. Микроканальная пластина с входной плоской поверхностью и с выходной плоской поверхностью. Входная поверхность установлена в задней фокальной плоскости блока. Выходная плоская поверхность расположена на многоэлементном приемнике излучения. В другом варианте выполнения система содержит осесимметричный волоконно-оптический диск с входной вогнутой сферической поверхностью. Вершина поверхности расположена в задней фокальной плоскости блока. Технический результат - увеличение отношения сигнал/шум, повышение разрешающей способности и контраста в изображении различных точек панорамного пространства, улучшение технических характеристик приемной оптической системы панорамного оптико-электронного прибора. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора, содержащая осесимметричные, расположенные вдоль оптической оси, оптический панорамный блок с первой выпуклой и второй вогнутой отражающими поверхностями и многоэлементный приемник излучения, отличающаяся тем, что она снабжена осесимметричной микроканальной пластиной с входной и выходной плоскими поверхностями, установленной за оптическим панорамным блоком перед многоэлементным приемником излучения, обе отражающие поверхности оптического панорамного блока выполнены поверхностями второго порядка, при этом входная плоская поверхность микроканальной пластины расположена в задней фокальной плоскости оптического панорамного блока, расположенной за его первой выпуклой отражающей поверхностью, а выходная плоская поверхность микроканальной пластины установлена на многоэлементном приемнике излучения.2. Приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора, содержащая осесимметричные, расположенные вдоль оптической оси, оптический панорамный блок с первой выпуклой и второй вогнутой отражающими поверхностями и многоэлементный приемник излучения, отличающаяся тем, что она снабжена осесимметричными волоконно-оптическим диском с входной вогнутой сферической и выходной плоской поверхностями и микроканальной пластиной с входной и выходной плоскими поверхностями, последовательно установленными вдоль оптической оси за оптическим панорамным блоком перед многоэлементным приемником излучения, обе отражающие поверхности оптического панорамного блока выполнены поверхностями второго порядка, при этом вершина входной вогнутой сферической поверхности волоконно-оптического диска установлена в задней фокальной плоскости оптического панорамного блока, находящейся за его первой выпуклой отражающей поверхностью, выходная плоская поверхность волоконно-оптического диска расположена на входной плоской поверхности микроканальной пластины, а выходная плоская поверхность микроканальной пластины установлена на многоэлементном приемнике излучения.