Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам многоканальных систем, и может быть использовано при создании систем слежения и управления полетом излучающих объектов в видимой и инфракрасной области спектра.
Требования к таким системам - высокие чувствительность и разрешающая способность для обнаружения и распознавания объектов на предельных дистанциях, быстродействие, помехозащищенность, надежность, многофункциональность и минимальные массо-габаритные и стоимостные характеристики.
Известна двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система) [1], содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось и включающая в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов,
первый из которых по ходу лучей выполнен в виде плоско-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов,
в центральной зоне второй по ходу лучей плоской поверхности первого компонента нанесено спектроделительное покрытие, полностью отражающее рабочий спектральный диапазон первого канала и полностью пропускающее рабочий спектральный диапазон второго канала,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,
при этом первый канал системы включает в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива.
Первый канал представляет собой пассивный канал ночного видения (ПНВ) с рабочим спектральным диапазоном излучения 700…920 нм, которое отражается спектроделительным покрытием, нанесенным на второй по ходу лучей поверхности первого компонента, за исключением узкой полосы лазерного подсвета 820…860 нм, которую это покрытие пропускает, и фокусируется в задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива на фотокатоде электронно-оптического преобразователя (ЭОП).
Второй канал системы представляет собой активно-импульсный ночной (АИ) канал, работающий в узкой спектральной полосе лазерного подсвета 820…860 нм и включающий в себя кроме первого, второго и третьего компонентов, общих для обоих каналов, четвертый компонент, установленный со стороны пространства предметов перед первым компонентом на оптической оси и содержащий три линзы. Третья по ходу лучей линза четвертого компонента имеет на первой со стороны пространства предметов поверхности внутреннее отражающее покрытие для области спектра 820…860 нм.
Излучение второго канала проходит сквозь спектроделительное покрытие в центральной зоне второй поверхности первого компонента, затем сквозь три линзы четвертого компонента и отражается покрытием, нанесенным на первой со стороны пространства предметов поверхности четвертого компонента. Затем вновь проходит сквозь три линзы четвертого компонента, попадает на третий компонент зеркально-линзового объектива, проходит сквозь него и фокусируется в задней фокальной плоскости второго канала, совпадающей с фокальной плоскостью зеркально-линзового объектива, формируя изображение другого масштаба на фотокатоде того же ЭОП, что и в первом канале.
Достоинством такой системы [1] является рациональная компоновка благодаря соосному взаимному расположению каналов и использованию зоны центрального экранирования первого компонента зеркально-линзового объектива для нанесения спектроделительного покрытия и размещения компонентов второго канала.
К недостаткам системы следует отнести то, что изображения обоих каналов формируются одновременно на фотокатоде одного ЭОП, накладываясь друг на друга и различаясь интенсивностью и масштабом, что при определенных условиях может создавать серьезные взаимные помехи в изображениях.
Кроме того, АИ канал системы [1] содержит большое число оптических элементов, имеет большие продольный размер и фокусное расстояние при маленьком диаметре входного зрачка, что приводит к ослаблению полезного сигнала в канале и уменьшению его дальности действия.
Известна двухканальная зеркально-линзовая система, содержащая зеркально-линзовый канал прибора ночного видения (ПНВ) с ЭОП и линзовый тепловизионный (ТП) канал [2], расположенный в зоне центрального экранирования зеркально-линзового объектива, имеющие общую визирную ось.
Зеркально-линзовый канал ПНВ выполнен в виде четырех компонентов, первый из которых имеет вырезанную центральную зону, на второй по ходу лучей поверхности второго компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону. Четвертый компонент представляет собой трехлинзовый компенсатор полевых аберраций.
Линзовый ТП канал выполнен в виде двух компонентов, разнесенных вдоль оптической оси на значительное расстояние, достаточное, чтобы между ними установить поворотное зеркало и чтобы второй компонент ТП канала не экранировал кольцевую световую зону зеркально-линзового канала ПНВ.
Система обеспечивает рациональную компоновку и сокращение габаритов за счет использования зоны центрального экранирования первого компонента для размещения второго канала.
Различные рабочие спектральные диапазоны каналов ПНВ (0.68…0.88 мкм) и ТП (8…12 мкм) не позволяют использовать в обоих из них одни и те же оптические элементы даже частично, что ведет к усложнению системы.
Наиболее близкой по технической сущности для первого и второго вариантов заявляемых решений является оптическая система [3], входящая в состав переносного комбинированного прибора всепогодного и круглосуточного действия.
Она представляет собой двухканальную зеркально-линзовую оптическую систему (далее - систему), содержащую первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающую в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов,
первый из которых по ходу лучей представляет собой плоско-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству предметов, и имеет вырезанную центральную зону,
на второй по ходу лучей поверхности первого компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз.
В вырезанной центральной зоне первого компонента размещен четвертый линзовый компонент, состоящий по меньшей мере из трех линз и имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом.
При этом третий и четвертый компоненты выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива.
При этом первый, второй, третий и четвертый компоненты входят в первый канал системы.
Первый, второй и третий компоненты создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты создают изображение объекта мелкого масштаба в широком поле зрения в первом канале системы на одном и том же фотоприемном устройстве, обеспечивая переменное увеличение и расширяя диапазон действия первого канала.
Первый канал представляет собой низкоуровневый телевизионный лазерный активно-импульсный (АИ) канал и включает в себя в качестве приемного устройства ЭОП и телевизионную (ТВ) камеру с матричным фотоприемным устройством (ФПУ). ЭОП преобразует инфракрасное изображение объекта на фотокатоде в видимое и усиливает его яркость на своем экране, а установленный на оптической оси между ЭОП и ТВ-камерой объектив переносит изображение объекта с экрана ЭОП на матричное ФПУ ТВ камеры.
Второй канал системы представляет собой дневной телевизионный (ДТВ) канал узкого поля зрения и включает в себя четвертый и пятый линзовые компоненты и ТВ-камеру с матричным ФПУ. Четвертый компонент, расположенный в отверстии первого компонента АИ канала, содержит три линзы и является общим для АИ и ДТВ каналов. Пятый компонент содержит две линзы и отнесен от четвертого вдоль оптической оси на значительное расстояние, достаточное, чтобы установить поворотное зеркало и чтобы пятый компонент ДТВ канала не экранировал кольцевую световую зону зеркально-линзового объектива АИ канала.
Прототип обеспечивает высокую светосилу, разрешающую способность и переменное увеличение АИ канала при рациональном использовании полезного пространства благодаря размещению четвертого компонента, общего для АИ и ДТВ каналов, в зоне центрального экранирования зеркально-линзового объектива.
Однако из-за двухкаскадного преобразования и формирования изображения в АИ канале сначала ЭОП, затем ТВ-камерой с матричным ФПУ, масса, габариты и стоимость системы остаются большими. Кроме того, плоское зеркало ДТВ канала, установленное на оптической оси системы между четвертым и третьим по ходу лучей компонентами, экранирует часть излучения и тем самым ослабляет полезный сигнал в короткофокусном объективе АИ канала, что приводит к снижению обнаружительной способности и надежности канала.
Задачей заявляемого технического решения является повышение помехозащищенности, обнаружительной способности, быстродействия и надежности системы при одновременном уменьшении ее массо-габаритных характеристик. Поставленная задача решается принципиально одним и тем же путем в вариантах, объединенных единым изобретательским замыслом.
Предложена двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система) (вариант 1), содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающая в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов,
первый из которых по ходу лучей представляет собой плоско-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству предметов, и имеет вырезанную центральную зону,
на второй по ходу лучей поверхности первого компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,
при этом в вырезанной центральной зоне первого компонента размещен четвертый линзовый компонент, состоящий по меньшей мере из трех линз и имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом.
при этом третий и четвертый компоненты выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива,
при этом первый, второй, третий и четвертый компоненты входят в первый канал системы,
первый, второй и третий компоненты создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты создают изображение объекта мелкого масштаба в широком поле зрения в первом канале системы на одном и том же фотоприемном устройстве, обеспечивая переменное увеличение и расширяя диапазон действия первого канала.
Новым является то, что первый канал системы образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном фотоприемном устройстве (ФПУ), а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ.
В систему введен спектроделительный компонент, расположенный на оптической оси между третьим компонентом и матричным ФПУ и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение в спектральном диапазоне 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение в спектральном диапазоне 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной под углом к оптической оси. Величина угла наклона определяется конструктивными или технологическими условиями.
Каналы КУ и ПДК включают в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент, служащий для разделения каналов по спектру с минимальными потерями полезного сигнала в каждом из них.
Использование в обоих каналах одних и тех же элементов зеркально-линзового объектива и спектроделительного компонента позволяет упростить систему, уменьшить количество компонентов и массо-габаритные характеристики при обеспечении большой светосилы и высоких уровней полезного сигнала в КУ и ПДК, определяющих необходимую дальность действия системы. При этом обеспечивается высокое качество изображения в обоих каналах за счет минимальных хроматических аберраций зеркально-линзового объектива в широком спектральном диапазоне.
В систему введены раздвижная кольцевая непрозрачная диафрагма, расположенная на оси КУ между первым и вторым компонентами, и непрозрачный экран, расположенный перед четвертым линзовым компонентом со стороны пространства предметов и установленный с возможностью ввода/вывода из световой зоны короткофокусного линзового объектива. Они служат для поочередного перекрытия излучения, попадающего на матричное ФПУ КУ через длиннофокусный зеркально-линзовый объектив и короткофокусный линзовый объектив. Благодаря этому изображения объекта, формируемые поочередно в разных масштабах, с разными угловыми полями зрения на одном матричном ФПУ, не создают помех друг для друга. Этим не только существенно расширяется диапазон действия КУ без увеличения габаритов, но и повышается помехозащищенность системы. Использование одного общего дорогостоящего матричного ФПУ, а также вычислительного и электронного устройств обработки сигнала позволяют снизить стоимость системы.
Между непрозрачным экраном и четвертым линзовым компонентом, расположенным в зоне центрального экранирования первого компонента, введен компонент из двух оптических клиньев, установленных с возможностью поворота каждого клина вокруг оптической оси. Поворотами клиньев вокруг оптической оси обеспечивается соосность зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов КУ.
В ПДК введена плоско-выпуклая линза, обращенная плоской стороной к пространству предметов и приклеенная к грани спектроделительного компонента, обеспечивающей выход в ПДК излучения, отраженного от спектроделительного покрытия. Линза расположена соосно с зеркально-линзовым объективом. Она может быть выполнена как одиночной, так и склеенной из двух линз.
В ПДК введен линзовый объектив, установленный за плоско-выпуклой линзой по ходу лучей соосно с ней на расстоянии, обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива, и фокусирующий излучение на ИК ФПУ. Объектив вместе с плоско-выпуклой линзой спектроделительного компонента составляют оптику переноса изображения из задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива на ИК ФПУ. Их введение позволяет обеспечить требуемые оптические характеристики ПДК и более компактно разместить ИК ФПУ.
Для подавления помех в ПДК из-за попадания на ИК ФПУ излучения спектрального диапазона 1530…1570 нм сквозь линзовый короткофокусный объектив центральная зона выпуклой поверхности плоско-выпуклой линзы, в пределах которой проходит указанное излучение, выполнена непрозрачной для его полного экранирования.
Для второго варианта системы наиболее близкой по технической сущности является также система [3].
Предложена двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система) (вариант 2), содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающая в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов,
первый из которых по ходу лучей представляет собой плоско-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству предметов, и имеет вырезанную центральную зону,
на второй по ходу лучей поверхности первого компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,
при этом в вырезанной центральной зоне первого компонента размещен четвертый линзовый компонент, состоящий по меньшей мере из трех линз и имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом.
при этом третий и четвертый компоненты выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива,
при этом первый, второй, третий и четвертый компоненты входят в первый канал системы,
первый, второй и третий компоненты создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты создают изображение объекта мелкого масштаба в широком поле зрения в первом канале системы на одном и том же фотоприемном устройстве. Этим обеспечивается переменное увеличение и расширяется диапазон действия первого канала.
Новым является то, что первый канал системы образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном фотоприемном устройстве (ФПУ), а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ.
В систему введен спектроделительный компонент, расположенный на оптической оси за третьим компонентом по ходу лучей и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение в спектральном диапазоне 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение в спектральном диапазоне 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной под углом к оптической оси. Величина угла наклона определяется конструктивными или технологическими условиями.
Каналы КУ и ПДК включают в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент, служащий для разделения каналов с минимальными потерями мощности полезного сигнала в каждом из них.
Использование в обоих каналах одних и тех же элементов зеркально-линзового объектива и спектроделительного компонента позволяет упростить систему, уменьшить количество компонентов и массо-габаритные характеристики при обеспечении большой светосилы и высоких уровней полезного сигнала в КУ и ПДК, определяющих необходимую дальность действия системы. При этом обеспечивается высокое качество изображения в обоих каналах за счет минимальных хроматических аберраций зеркально-линзового объектива в широком спектральном диапазоне.
В КУ введены соосно с ним и последовательно по ходу лучей диафрагма поля зрения, установленная в общей плоскости изображений зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов КУ, и линзовый объектив переноса изображения. Объектив состоит из пятого и шестого линзовых компонентов и оптически сопрягает плоскость диафрагмы поля зрения с плоскостью матричного ФПУ. Введение диафрагмы поля зрения и линзового объектива переноса изображения существенно повышает помехозащищенность КУ от фоновых излучений.
Пятый и шестой линзовые компоненты состоят по меньшей мере из трех линз каждый.
Между пятым и шестым линзовыми компонентами КУ введена апертурная диафрагма, плоскость которой оптически сопряжена как со входным зрачком зеркально-линзового объектива, имеющим кольцевую форму с центральным экранированием, так и со входным зрачком линзового короткофокусного объектива, имеющим форму круга. Диаметры входных зрачков выбраны такими, чтобы их изображения не перекрывали друг друга в плоскости апертурной диафрагмы,
Апертурная диафрагма выполнена с возможностью поворота вокруг оптической оси, содержит одно кольцевое отверстие с центральным экранированием и одно круглое отверстие, размеры которых соответствуют поперечным сечениям пучков зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов в плоскости апертурной диафрагмы. Поворотом диафрагмы вокруг оптической оси из одного фиксированного положения в другое поочередно полностью перекрывается излучение, проходящее на матричное ФПУ сквозь зеркально-линзовый и линзовый короткофокусный объективы КУ. Благодаря этому изображения объекта формируются поочередно в разных масштабах, с разными угловыми полями зрения на одном матричном ФПУ и не создают помех друг для друга. Этим не только обеспечивается переменное увеличение, существенно расширяющее диапазон действия КУ без увеличения габаритов, но и повышается помехозащищенность системы. Такой способ перемены увеличения КУ реализуется достаточно просто, повышает быстродействие и надежность системы.
Перед четвертым линзовым компонентом со стороны пространства предметов, расположенным в зоне центрального экранирования первого компонента, введен компонент из двух оптических клиньев, установленных с возможностью поворота каждого клина вокруг оптической оси. Поворотами клиньев вокруг оптической оси обеспечивается соосность зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов КУ.
В ПДК введена плоско-выпуклая линза, обращенная плоской стороной к пространству предметов и приклеенная к грани спектроделительного компонента, обеспечивающей выход в ПДК излучения, отраженного от спектроделительного покрытия. Линза расположена соосно с зеркально-линзовым объективом. Она может быть выполнена как одиночной, так и склеенной из двух линз.
В ПДК введен линзовый объектив, установленный за плоско-выпуклой линзой по ходу лучей соосно с ней на расстоянии, обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива, и фокусирующий излучение на ИК ФПУ. Объектив вместе с плоско-выпуклой линзой спектроделительного компонента составляют оптику переноса изображения из задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива на ИК ФПУ. Их введение позволяет обеспечить требуемые оптические характеристики ПДК и более компактно разместить ИК ФПУ.
Для подавления помех в ПДК из-за попадания на ИК ФПУ излучения спектрального диапазона 1530…1570 нм сквозь линзовый короткофокусный объектив центральная зона выпуклой поверхности плоско-выпуклой линзы, в пределах которой проходит указанное излучение, выполнена непрозрачной для его полного экранирования.
Между пятым и шестым линзовыми компонентами КУ введен защитный экран, установленный с возможностью ввода/вывода из световой зоны КУ и обеспечивающий одновременное полное перекрытие излучения зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов КУ. Он служит для защиты матричного ФПУ от разрушающих естественных и организованных излучений.
Между шестым компонентом КУ и матричным ФПУ на оптической оси введены второй спектроделительный компонент и ФПУ синхронизации. Второй спектроделительный компонент выполнен в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной к оптической оси под углом, выбранным по технологическим условиям. Спектроделительное покрытие отражает излучение спектрального диапазона 600…850 нм на матричное ФПУ и пропускает излучение спектрального диапазона 850…1000 нм на ФПУ синхронизации при минимальных потерях мощности полезных сигналов на обоих ФПУ. ФПУ синхронизации введено в КУ для выработки импульсов, управляющих матричным ФПУ, и повышает помехозащищенность и надежность КУ.
Между вторым спектроделительным компонентом и одним из ФПУ КУ или обоими сразу введена диафрагма с отверстием, ограничивающим размер поля зрения КУ. Это также повышает помехозащищенность системы.
Диафрагма выполнена с возможностью поворота вокруг оптической оси и имеет два или более отверстий разного размера, поочередно ограничивающих размер поля зрения КУ в процессе цикла управления.
Для третьего варианта системы наиболее близким по технической сущности является система [1].
Предложена двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система) (вариант 3), содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось и включающая в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов.
Первый из компонентов по ходу лучей выполнен в виде плоско-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов, в центральной зоне второй по ходу лучей плоской поверхности первого компонента нанесено спектроделительное покрытие, полностью отражающее рабочий спектральный диапазон первого канала и полностью пропускающее рабочий спектральный диапазон второго канала,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,
при этом первый канал системы включает в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива.
Новым является то, что в первый канал введено матричное фотоприемное устройство (ФПУ), установленное в фокальной плоскости зеркально-линзового объектива за третьим по ходу лучей компонентом.
При этом первый канал образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм, излучение в котором, отражаясь спектроделительным покрытием первого компонента, фокусируется и формирует изображение объекта на матричном ФПУ.
Второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм, излучение в котором проходит сквозь спектроделительное покрытие первого компонента.
Во второй канал введен четвертый компонент, установленный перед первым компонентом со стороны пространства предметов. Четвертый компонент выполнен в виде призмы АР-90° и расположен таким образом, что одна из катетных граней призмы АР-90° приклеена к первой поверхности первого компонента, в центральной части которой имеется плоскость.
При этом в ПДК введено инфракрасное (ИК) ФПУ, установленное за второй по ходу лучей катетной гранью призмы АР-90° в фокальной плоскости первого и второго компонентов и фиксирующее отраженные от объекта лазерные импульсы.
ИК ФПУ удалено от призмы АР-90° на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива.
Между призмой АР-90° и ИК ФПУ могут быть введены поворотное зеркало и линзовый объектив, обеспечивающие перенос изображения из задней фокальной плоскости первого и второго компонентов на ИК ФПУ. Их введение позволяет обеспечить оптимальные оптические характеристики ПДК и более компактно разместить ИК ФПУ.
При этом поворотное зеркало и линзовый объектив удалены от призмы АР-90° на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива.
В третьем варианте системы существенно упрощена схема, уменьшены количество компонентов в каналах и повышена помехозащищенность, по сравнению с прототипом [1]. Это достигнуто за счет расположения призмы АР-90° в зоне экранирования первого компонента зеркально-линзового объектива, введения ИК ФПУ в ПДК и выполнения спектроделительного покрытия для разделения КУ и ПДК по рабочим спектральным диапазонам с минимальными потерями полезных сигналов в обоих каналах.
При этом сохраняются большая светосила и дифракционное качество изображения в КУ и ПДК благодаря минимальным хроматическим аберрациям зеркально-линзового объектива в широком спектральном диапазоне (600…1000 нм и 1530…1570 нм), определяющие разрешающую способность и дальность действия системы.
Таким образом, во всех предложенных вариантах двухканальных зеркально-линзовых систем, объединенных единым изобретательским замыслом, задача повышения обнаружительной способности, быстродействия, помехозащищенности и надежности, а также улучшения массо-габаритных характеристик решена принципиально одним и тем же путем, а именно: соосным расположением каналов, использованием одних и тех же оптических компонентов в разных каналах благодаря выбору и проектированию схем зеркально-линзовых объективов с минимальными хроматическими аберрациями в широком спектральном диапазоне, разделением каналов с помощью спектроделительных компонентов по рабочим спектральным диапазонам с минимальными потерями мощности полезных сигналов.
Сущность предложенных изобретений поясняется чертежами.
На фиг.1 приведена оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы в первом варианте исполнения.
На фиг.2 - оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы в первом варианте исполнения с оптикой переноса изображения в ПДК.
На фиг.3 - оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы во втором варианте исполнения.
На фиг.4 изображена конфигурация подвижной апертурной диафрагмы во втором варианте исполнения.
На фиг.5 приведена оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы в третьем варианте исполнения.
На фиг.6 - оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы в третьем варианте исполнения с оптикой переноса изображения в ПДК.
Двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система) в первом варианте исполнения (фиг.1) содержит первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось. Система включает в себя зеркально-линзовый объектив, содержащий установленные по ходу луча компонент 1 в виде плоско-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов и имеющей вырезанную центральную зону, компонент 2 в виде мениска, обращенного вогнутыми сторонами к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу луча поверхности и вырезанную центральную зону, и компонент 3 в виде линзового компенсатора полевых аберраций, состоящего из трех линз.
В вырезанной центральной зоне компонента 1 соосно с зеркально-линзовым объективом 1-3 размещен компонент 4, состоящий из четырех линз, две из которых склеенные, при этом компоненты 1-4 входят в первый канал системы.
Компоненты 4 и 3 выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива 1-3.
Компоненты 1-3 создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а компоненты 4, 3 создают изображение объекта мелкого масштаба в широком поле зрения в первом канале системы на одном и том же фотоприемном устройстве (ФПУ).
Первый канал системы образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном ФПУ, а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ.
В систему введен спектроделительный компонент 5, расположенный на оптической оси между компонентом 3 и матричным ФПУ и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение спектрального диапазона 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной под углом 45° к оптической оси.
Каналы КУ и ПДК включают в себя компоненты 1-3 зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент 5, служащий для разделения каналов по спектру с минимальными потерями полезного сигнала в каждом из них.
В систему введены раздвижная кольцевая непрозрачная диафрагма 6, расположенная на оси КУ между компонентами 1 и 2, и непрозрачный экран 7, расположенный перед линзовым компонентом 4 со стороны пространства предметов и установленный с возможностью ввода/вывода из световой зоны короткофокусного линзового объектива 4, 3. Они служат для поочередного перекрытия излучения, попадающего на матричное ФПУ КУ через длиннофокусный зеркально-линзовый объектив 1-3 и короткофокусный линзовый объектив 4, 3. Благодаря этому изображения объекта, формируемые поочередно в разных масштабах, с разными угловыми полями зрения на одном матричном ФПУ, не создают помех друг для друга.
Между непрозрачным экраном 7 и линзовым компонентом 4, расположенным в зоне центрального экранирования компонента 1, введен компонент 8 из двух оптических клиньев, установленных с возможностью поворота каждого клина вокруг оптической оси. Поворотами клиньев вокруг оптической оси обеспечивается соосность зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного объективов 4, 3 КУ.
На фиг.2 изображена модификация системы в первом варианте исполнения, в которой в ПДК введена плоско-выпуклая линза 9, обращенная плоской стороной к пространству предметов и приклеенная к грани спектроделительного компонента 5, обеспечивающей выход в ПДК излучения, отраженного от спектроделительного покрытия. Спектроделительное покрытие нанесено на внутренней склеенной поверхности, составляющей с осью оптической системы угол 67,5°. Линза 9 расположена соосно с зеркально-линзовым объективом 1-3 и выполнена склеенной из двух одиночных линз.
В ПДК введен линзовый объектив 10, установленный за линзой 9 по ходу лучей соосно с ней и фокусирующий излучение на ИК ФПУ. Объектив 10 вместе с линзой 9 составляют оптику переноса изображения из задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива 1-3 на ИК ФПУ. Расстояние между линзой 9 и объективом 10 должно быть достаточно велико, чтобы не экранировать кольцевую световую зону зеркально-линзового объектива 1-3.
Для подавления помех в ПДК из-за попадания на ИК ФПУ излучения спектрального диапазона 1530…1570 нм сквозь линзовый короткофокусный объектив 4, 3 центральная зона линзы 9, в пределах которой проходит указанное излучение, выполнена непрозрачной для его полного экранирования.
Система во втором варианте исполнения (фиг.3) содержит первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось. Система включает в себя зеркально-линзовый объектив, содержащий установленные по ходу луча компонент 1 в виде плоско-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов и имеющей вырезанную центральную зону, компонент 2 в виде мениска, обращенного вогнутыми сторонами к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу луча поверхности и вырезанную центральную зону, и компонент 3 в виде линзового компенсатора полевых аберраций, состоящего из трех линз.
В вырезанной центральной зоне компонента 1 размещен компонент 4, состоящий из четырех линз, две из которых склеенные, имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом 1-3, при этом компоненты 1-4 входят в первый канал системы.
Компоненты 4 и 3 выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива 1-3.
Компоненты 1-3 создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а компоненты 4, 3 создают изображение объекта мелкого масштаба в широком поле зрения на одном и том же фотоприемном устройстве (ФПУ).
Первый канал системы образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном ФПУ, а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ.
В систему введен спектроделительный компонент 5, расположенный на оптической оси за компонентом 3 по ходу лучей и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение спектрального диапазона 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, составляющей угол 67,5° с оптической осью системы.
Каналы КУ и ПДК включают в себя компоненты 1-3 зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент 5, служащий для разделения каналов по спектру с минимальными потерями полезного сигнала в каждом из них.
В КУ введены соосно с ним и последовательно по ходу лучей диафрагма поля зрения 6, установленная в общей плоскости изображений зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного объективов 4, 3 КУ, и линзовый объектив переноса изображения. Объектив состоит из линзовых компонентов 7, 8 и оптически сопрягает плоскость диафрагмы поля зрения 6 с плоскостью матричного ФПУ.
Линзовый компонент 7 состоит из пяти одиночных линз и включает в себя светофильтр, блокирующий коротковолновый нерабочий участок спектра КУ, компонент 8 состоит из пяти одиночных линз.
Между линзовыми компонентами 7 и 8 КУ введена апертурная диафрагма 9, плоскость которой оптически сопряжена как с входным зрачком зеркально-линзового объектива 1-3, имеющим кольцевую форму с центральным экранированием, так и со входным зрачком линзового короткофокусного объектива 4, 3, имеющим форму круга. Диаметры входных зрачков выбраны такими, чтобы их изображения не перекрывали друг друга в плоскости апертурной диафрагмы 9.
Конфигурация отверстий а и b в апертурной диафрагме 9 приведена на фиг.4а). Апертурная диафрагма 9 выполнена с возможностью поворота вокруг оптической оси, содержит одно кольцевое отверстие а с центральным экранированием и одно круглое отверстие b, размеры которых соответствуют поперечным сечениям пучков зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного 4, 3 объективов в плоскости диафрагмы 9. Поворотом диафрагмы 9 вокруг оптической оси из одного фиксированного положения в другое поочередно полностью перекрывается излучение, проходящее на матричное ФПУ сквозь зеркально-линзовый 1-3 и линзовый короткофокусный 4, 3 объективы КУ.
Перед линзовым компонентом 4 (фиг.3) со стороны пространства предметов, расположенным в зоне центрального экранирования компонента 1, введен компонент 10 из двух оптических клиньев, установленных с возможностью поворота каждого клина вокруг оптической оси. Поворотами клиньев вокруг оптической оси обеспечивается соосность зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного 4, 3 объективов КУ.
В ПДК введена плоско-выпуклая линза 11, обращенная плоской стороной к пространству предметов и приклеенная к грани спектроделительного компонента 5, обеспечивающей выход в ПДК излучения, отраженного от спектроделительного покрытия. Линза 11 расположена соосно с зеркально-линзовым объективом 1-3 и выполнена склеенной из двух одиночных линз.
В ПДК введен линзовый объектив 12, установленный за линзой 11 по ходу лучей соосно с ней и фокусирующий излучение на ИК ФПУ. Объектив 12 состоит из трех линз, одна из которых склеенная, и вместе с линзой 11 составляет оптику переноса изображения из задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива 1-3 на ИК ФПУ.
Расстояние между плосковыпуклой линзой 11 и объективом 12 должно быть достаточно велико, чтобы не экранировать кольцевую световую зону зеркально-линзового объектива.
Для подавления помех в ПДК из-за попадания на ИК ФПУ излучения спектрального диапазона 1530…1570 нм сквозь линзовый короткофокусный объектив 4,3 центральная зона линзы 11, в пределах которой проходит указанное излучение, выполнена непрозрачной для его полного экранирования.
Между линзовыми компонентами 7 и 8 КУ введен защитный экран 13, установленный с возможностью ввода/вывода из световой зоны КУ и обеспечивающий одновременное полное перекрытие излучения зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного 4, 3 объективов КУ.
Между компонентом 8 КУ и матричным ФПУ на оптической оси введены второй спектроделительный компонент 14 и ФПУ синхронизации. Спектроделительный компонент 14 выполнен в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие нанесено на внутренней склеенной поверхности, составляющей с оптической осью угол 67,5°. Спектроделительное покрытие отражает излучение спектрального диапазона 600…850 нм на матричное ФПУ и пропускает излучение спектрального диапазона 850…1000 нм на ФПУ синхронизации при минимальных потерях мощности полезных сигналов. ФПУ синхронизации введено в КУ для выработки импульсов, управляющих матричным ФПУ.
Между спектроделительным компонентом 14 и ФПУ синхронизации КУ введена диафрагма 15 с отверстием, ограничивающим размер поля зрения КУ в процессе цикла управления. Диафрагма 15 выполнена с возможностью поворота вокруг оптической оси.
Система в третьем варианте исполнения (фиг.5) содержит первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось. Система включает в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, содержащий компонент 1 в виде плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов. В центральной зоне второй по ходу лучей плоской поверхности компонента 1 нанесено спектроделительное покрытие, полностью отражающее рабочий спектральный диапазон первого канала и полностью пропускающее рабочий спектральный диапазон второго канала. Далее по ходу лучей установлены компонент 2 в виде мениска, обращенного вогнутыми сторонами к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу луча поверхности и вырезанную центральную зону, и компонент 3 в виде линзового компенсатора полевых аберраций, состоящего из трех линз.
Первый канал системы включает в себя компоненты 1-3.
В первый канал введено матричное фотоприемное устройство (ФПУ), установленное в фокальной плоскости зеркально-линзового объектива 1-3 за компонентом 3 по ходу лучей.
При этом первый канал образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм, излучение в котором, отражаясь спектроделительным покрытием компонента 1, фокусируется и формирует изображение объекта на матричном ФПУ.
Второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм, излучение в котором проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 1.
Во второй канал введен компонент 4, установленный перед компонентом 1 со стороны пространства предметов. Компонент 4 выполнен в виде призмы АР-90° и расположен таким образом, что одна из катетных граней призмы АР-90° приклеена к первой поверхности компонента 1, в центральной части которой имеется плоскость.
При этом в ПДК введено инфракрасное (ИК) ФПУ, установленное за второй по ходу лучей катетной гранью призмы АР-90° в фокальной плоскости компонентов 1-2 и фиксирующее отраженные от объекта лазерные импульсы.
ИК ФПУ удалено от компонента 4 на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива 1-3.
На фиг.6 изображена модификация системы в третьем варианте исполнения, суть которой состоит в том, что между компонентом 4 и ИК ФПУ введены поворотное зеркало 5 и линзовый объектив 6, переносящий изображение из задней фокальной плоскости компонентов 1-2 на ИК ФПУ. Введение компонентов 5, 6 позволяет обеспечить оптимальные оптические характеристики ПДК и более компактно разместить ИК ФПУ. Поворотное зеркало 5 и линзовый объектив 6 удалены от компонента 4 на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива 1-3.
Система в первом варианте исполнения (фиг.1) работает следующим образом. Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона КУ 600…1000 нм, идущее от удаленного объекта, и импульсное излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…1570 нм, отраженное от удаленного объекта, при сдвинутой вправо раздвижной диафрагме 6 и при закрытой экраном 7 световой зоне компонента 4 проходят последовательно компоненты 1 и 2, отражаются первый раз от внутреннего зеркального покрытия на второй по ходу луча поверхности компонента 2, второй раз - от кольцевого отражающего покрытия, нанесенного на второй плоской поверхности компонента 1, далее проходят компонент 3 и попадают на спектроделительное покрытие компонента 5.
Излучение спектрального диапазона 600…1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 5 и фокусируется, образуя крупномасштабное изображение объекта на фоточувствительной площадке матричного ФПУ КУ.
Излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм отражается от спектроделительного покрытия компонента 5 и фокусируется на фоточувствительной площадке ИК ФПУ ПДК. В модификации первого варианта системы, изображенной на фиг.2, излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм после отражения от спектроделительного покрытия компонента 5 фокусируется в задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива 1-3, а затем переносится плоско-выпуклой линзой 9 и объективом 10 на фоточувствительную площадку ИК ФПУ, фиксирующего отраженные от объекта лазерные импульсы.
При раздвинутой влево диафрагме 6, полностью экранирующей попадание излучения через компоненты 1, 2 на линзы компонента 3, и положении экрана 7 за пределами световой зоны компонента 4 излучение рабочих спектральных диапазонов КУ и ПДК, идущее от удаленного объекта, проходит последовательно компонент оптических клиньев 8, линзовые компоненты 4, 3 короткофокусного объектива и попадает на спектроделительное покрытие компонента 5.
Излучение спектрального диапазона 600…1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 5 и фокусируется, образуя мелкомасштабное изображение объекта на фоточувствительной площадке матричного ФПУ КУ. Излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм отражается от спектроделительного покрытия компонента 5 и фокусируется на фоточувствительной площадке ИК ФПУ ПДК, как показано на фиг.1.
В модификации первого варианта системы, изображенной на фиг.2, излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм после прохождения сквозь короткофокусный объектив 4-3 на фоточувствительную площадку ИК ФПУ не попадает, задерживаясь непрозрачной центральной зоной плоско-выпуклой линзы 9.
Система во втором варианте исполнения (фиг.3) работает следующим образом.
Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона КУ 600…1000 нм, идущее от удаленного объекта, если диафрагма 9 находится в положении 1 (фиг.4б)), при котором она пропускает излучение через длиннофокусный зеркально-линзовый объектив 1-3 и полностью экранирует излучение через короткофокусный линзовый объектив 4, 3, проходит последовательно компоненты 1, 2, отражается от внутреннего зеркального покрытия на второй по ходу луча поверхности компонента 2, затем - от кольцевого отражающего покрытия, нанесенного на второй плоской поверхности компонента 1, далее проходит компонент 3, фокусируется в плоскости полевой диафрагмы 6, попадает на спектроделительное покрытие компонента 5 и проходит сквозь него.
Далее излучение проходит компонент 7, диафрагму 9, компонент 8, попадает на спектроделительное покрытие компонента 14, от которого отражается область спектра 600…850 нм и снова фокусируется, образуя крупномасштабное изображение объекта на фоточувствительной площадке матричного ФПУ КУ. Излучение спектрального диапазона 850…1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 14 и фокусируется на фоточувствительной площадке ФПУ синхронизации, управляющего работой матричного ФПУ.
Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона КУ 600…1000 нм, идущее от удаленного объекта, если диафрагма 9 находится в положении 2 (фиг.4б), при котором она экранирует излучение через длиннофокусный зеркально-линзовый объектив 1-3 и полностью пропускает излучение через короткофокусный линзовый объектив 4, 3, проходит последовательно компонент оптических клиньев 10, компоненты 4, 3 короткофокусного объектива, фокусируется в плоскости полевой диафрагмы 6, попадает на спектроделительное покрытие компонента 5 и проходит сквозь него.
Далее излучение проходит компонент 7, диафрагму 9, компонент 8 и попадает на спектроделительное покрытие компонента 14, от которого отражается область спектра 600…850 нм и снова фокусируется, образуя мелкомасштабное изображение объекта на фоточувствительной площадке матричного ФПУ КУ. Излучение спектрального диапазона 850…1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 14 и фокусируется на фоточувствительной площадке ФПУ синхронизации, управляющего работой матричного ФПУ.
Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…1570 нм, проходит через зеркально-линзовый объектив 1-3 и фокусируется в его задней фокальной плоскости, а затем переносится плоско-выпуклой линзой 11 и объективом 12 на фоточувствительную площадку ИК ФПУ, фиксируя отраженные от объекта лазерные импульсы.
Излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…1570 нм через объектив 4, 3 на фоточувствительную площадку ИК ФПУ не попадает, задерживаясь на непрозрачной центральной зоне плоско-выпуклой линзы 11.
Система в третьем варианте исполнения (фиг.5) работает следующим образом. Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона КУ 600…1000 нм, идущее от удаленного объекта, и импульсное излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…1570 нм, отраженное от удаленного объекта, проходят последовательно компоненты 1, 2, отражаются от внутреннего зеркального покрытия на второй по ходу луча поверхности компонента 2 и попадают на спектроделительное покрытие компонента 1. Излучение рабочего спектрального диапазона КУ 600…1000 нм отражается от спектроделительного покрытия компонента 1, проходит компонент 3 и фокусируется в задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива 1-3, образуя изображение объекта на фоточувствительной площадке матричного ФПУ КУ.
Излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…1570 нм проходит через спектроделительное покрытие компонента 1, претерпевает внутреннее отражение на гипотенузной грани компонента 4 и фокусируется в задней фокальной плоскости компонентов 1-2, фиксируя отраженные от объекта лазерные импульсы на фоточувствительной площадке ИК ФПУ, как показано на фиг.5.
В модификации третьего варианта системы, как показано на фиг.6, излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…1570 нм после фокусировки в задней фокальной плоскости компонентов 1-2 отражается поворотным зеркалом 5 и проходит сквозь объектив 6, фокусируясь и фиксируя отраженные от объекта лазерные импульсы на фоточувствительной площадке ИК ФПУ.
В качестве конкретного примера исполнения двухканальной зеркально-линзовой системы по второму варианту в таблицах 1-6 приведены конструктивные параметры оптических систем каналов КУ и ПДК, а также их ЧКХ и ФКЭ, подтверждающие высокое качество изображения в обоих каналах.
Конструктивные параметры зеркально-линзового длиннофокусного КУ (f'=164.5 мм, диаметр входного зрачка D=72 мм, D:f'=1:2.3, Dэф:f'=1:2.7, угловое поле зрения в пространстве предметов 2W=1.72×2.3°, спектральный интервал 0.6…0.85 мкм.
Полихроматические коэффициенты передачи модуляции зеркально-линзового длиннофокусного КУ (f'=164,5 мм)
Конструктивные параметры линзового короткофокусного КУ (f'=27.76 мм, диаметр входного зрачка D=7.1 мм, D:f'=l:3.9, угловое поле зрения в пространстве предметов 2W=9×l3.5°, спектральный интервал 0.6…0.85 мкм.
Полихроматические коэффициенты передачи модуляции линзового КУ (f'=27.76 мм)
Конструктивные параметры ПДК (f'=110 мм, диаметр входного зрачка D=72 мм, D:f'=l:1.54, Dэф:f'=1:1.8, угловое поле зрения в пространстве предметов 2W=6', спектральный интервал 1.53…1.57 мкм.
Значения концентрации энергии в плоскости изображения ПДК (f'=110 мм), %
Источники информации
1. Волков В.Г., Добровольский Ю.А., Кощавцев Н.Ф. и др. Новые объективы с двумя фокусными расстояниями для приборов ночного видения. // Прикладная физика. 2000. №5. С.44-49.
2. Патент RU 2256205 С2 G02B 17/08, G02B 13/16. Двухканальный зеркально-линзовый объектив (варианты). // Журавлев П.В., Косолапов Г.И., Хацевич Т.Н., 2005 г.
3. Волков В.Г., Кощавцев Н.Ф., Лелейкин В.И. Переносной комбинированный прибор всепогодного и круглосуточного действия. // Прикладная физика. 2003. №5. C.114-115.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ДВУХКАНАЛЬНАЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА | 2015 |
|
RU2606699C1 |
| Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система | 2015 |
|
RU2617173C2 |
| ДВУХКАНАЛЬНЫЙ КОАКСИАЛЬНЫЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ | 2006 |
|
RU2335790C2 |
| ОБЪЕКТИВ | 2013 |
|
RU2532560C1 |
| Четырехканальная зеркально-линзовая оптическая система | 2015 |
|
RU2615162C1 |
| ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ | 2014 |
|
RU2556295C1 |
| ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ (ВАРИАНТЫ) | 2003 |
|
RU2256205C2 |
| Двухканальная оптико-электронная система | 2020 |
|
RU2745096C1 |
| ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА | 2009 |
|
RU2392647C1 |
| ОБЪЕКТИВ | 2001 |
|
RU2214615C2 |
Изобретение может быть использовано в системах слежения и управления полетом излучающих объектов в видимой и инфракрасной области спектра. Система содержит длиннофокусный зеркально-линзовый объектив из трех компонентов. В вырезанной центральной зоне первого компонента размещен четвертый линзовый компонент. Третий и четвертый компоненты образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива. Первый канал - канал управления (КУ) со спектральным диапазоном 600…1000 нм. Второй канал - приемный дальномерный канал (ПДК) со спектральным диапазоном 1530…1570 нм. Оба канала включают первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент, введенный между третьим компонентом и матричным ФПУ. Введены раздвижная кольцевая непрозрачная диафрагма между первым и вторым компонентами и непрозрачный экран перед четвертым линзовым компонентом со стороны пространства предметов с возможностью ввода/вывода из световой зоны короткофокусного линзового объектива. Технический результат - повышение помехозащищенности, обнаружительной способности, быстродействия и надежности при одновременном уменьшении ее массо-габаритных характеристик. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система), содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающая в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов,
первый из которых по ходу лучей представляет собой плоско-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству предметов, и имеет вырезанную центральную зону,
на второй по ходу лучей поверхности первого компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,
при этом в вырезанной центральной зоне первого компонента размещен четвертый линзовый компонент, состоящий по меньшей мере из трех линз и имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом,
при этом третий и четвертый компоненты выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива,
при этом первый, второй, третий и четвертый компоненты входят в первый канал системы,
при этом первый, второй и третий компоненты создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты создают изображение объекта мелкого масштаба в широком поле зрения в первом канале системы на одном и том же фотоприемном устройстве,
отличающаяся тем, что первый канал образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном фотоприемном устройстве (ФПУ), а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ,
при этом в систему введен спектроделительный компонент, расположенный на оптической оси между третьим компонентом и матричным ФПУ и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение спектрального диапазона 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной под углом к оптической оси,
при этом оба канала включают в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент,
при этом в систему введены раздвижная кольцевая непрозрачная диафрагма, расположенная на оси КУ между первым и вторым компонентами, и непрозрачный экран, расположенный перед четвертым линзовым компонентом со стороны пространства предметов и установленный с возможностью ввода/вывода из световой зоны короткофокусного линзового объектива для поочередного перекрытия излучения, попадающего на матричное ФПУ КУ через длиннофокусный зеркально-линзовый объектив и короткофокусный линзовый объектив.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что между непрозрачным экраном и четвертым линзовым компонентом введен компонент из двух оптических клиньев, установленных с возможностью поворота каждого клина вокруг оптической оси.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в ПДК введена дополнительная плоско-выпуклая линза, обращенная плоской стороной к пространству предметов и приклеенная к грани спектроделительного компонента, обеспечивающей выход в ПДК излучения, отраженного от спектроделительного покрытия, и расположенная соосно с зеркально-линзовым объективом, при этом в ПДК введен линзовый объектив, установленный за дополнительной плоско-выпуклой линзой по ходу лучей и соосно с ней на расстоянии, обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива, и фокусирующий излучение на ИК ФПУ.
4. Система по п.3, отличающаяся тем, что дополнительная плосковыпуклая линза может быть выполнена как одиночной, так и склеенной из двух линз.
5. Система по любому из пп.3 и 4, отличающаяся тем, что центральная зона выпуклой поверхности дополнительной плоско-выпуклой линзы выполнена непрозрачной для полного экранирования излучения, проходящего в ПДК сквозь линзовый короткофокусный объектив.
6. Двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система), содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающая в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов,
первый из которых по ходу лучей представляет собой плоско-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству предметов, и имеет вырезанную центральную зону,
на второй по ходу лучей поверхности первого компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,
при этом в вырезанной центральной зоне первого компонента размещен четвертый линзовый компонент, состоящий по меньшей мере из трех линз и имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом,
при этом третий и четвертый компоненты выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива,
при этом первый, второй, третий и четвертый компоненты входят в первый канал системы,
при этом первый, второй и третий компоненты создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты создают изображение объекта мелкого масштаба в широком поле зрения в первом канале системы на одном и том же фотоприемном устройстве,
отличающаяся тем, что первый канал образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном фотоприемном устройстве (ФПУ), а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ,
при этом в систему введен спектроделительный компонент, расположенный на оптической оси непосредственно за третьим компонентом и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение спектрального диапазона 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной под углом к оптической оси,
при этом оба канала включают в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент,
при этом в КУ введены соосно с ним и последовательно по ходу лучей диафрагма поля зрения, установленная в общей плоскости изображений зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов КУ, и линзовый объектив переноса изображения, состоящий из пятого и шестого линзовых компонентов и оптически сопрягающий плоскость диафрагмы поля зрения с плоскостью матричного ФПУ,
при этом между пятым и шестым линзовыми компонентами КУ введена апертурная диафрагма, плоскость которой оптически сопряжена как со входным зрачком зеркально-линзового объектива, имеющим кольцевую форму с центральным экранированием, так и со входным зрачком линзового короткофокусного объектива, имеющим форму круга,
при этом диаметры входных зрачков выбраны такими, чтобы их изображения не перекрывали друг друга в плоскости апертурной диафрагмы,
при этом апертурная диафрагма содержит одно кольцевое отверстие с центральным экранированием и одно круглое отверстие, размеры которых соответствуют поперечным сечениям пучков зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов в плоскости апертурной диафрагмы.
7. Система по п.6, отличающаяся тем, что перед четвертым линзовым компонентом введен компонент из двух оптических клиньев, установленных с возможностью поворота каждого клина вокруг оптической оси.
8. Система по любому из пп.6 и 7, отличающаяся тем, что в ПДК введена дополнительная плоско-выпуклая линза, обращенная плоской стороной к пространству предметов и приклеенная к грани спектроделительного компонента, обеспечивающей выход в ПДК излучения, отраженного от спектроделительного покрытия, и расположенная соосно с зеркально-линзовым объективом, при этом в ПДК введен линзовый объектив, установленный за дополнительной плоско-выпуклой линзой по ходу лучей и соосно с ней на расстоянии, обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива, и фокусирующий излучение на ИК ФПУ.
9. Система по п.8, отличающаяся тем, что дополнительная плосковыпуклая линза может быть выполнена как одиночной, так и склеенной из двух линз.
10. Система по п.8, отличающаяся тем, что центральная зона выпуклой поверхности дополнительной плоско-выпуклой линзы выполнена непрозрачной для полного экранирования излучения, проходящего в ПДК сквозь линзовый короткофокусный объектив.
11. Система по п.6, отличающаяся тем, что пятый и шестой линзовые компоненты состоят по меньшей мере из трех линз каждый.
12. Система по п.6, отличающаяся тем, что между пятым и шестым компонентами КУ введен защитный экран, установленный с возможностью ввода/вывода из световой зоны КУ.
13. Система по п.6, отличающаяся тем, что в КУ введены второй спектроделительный компонент и ФПУ синхронизации, при этом второй спектроделительный компонент расположен между шестым линзовым компонентом и матричным ФПУ и выполнен в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, отражающее излучение спектрального диапазона 600…850 нм на матричное ФПУ и пропускающее излучение спектрального диапазона 850…1000 нм на ФПУ синхронизации, нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной под углом к оптической оси.
14. Система по п.13, отличающаяся тем, что между вторым спектроделительным компонентом и одним из ФПУ КУ или обоими сразу введена диафрагма с отверстием, ограничивающим размер поля зрения КУ.
15. Система по п.14, отличающаяся тем, что диафрагма имеет два или более отверстий разного размера, поочередно ограничивающих размер поля зрения КУ.
16. Двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система), содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающая в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов,
первый из которых по ходу лучей выполнен в виде плоско-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов,
в центральной зоне второй по ходу лучей плоской поверхности первого компонента нанесено спектроделительное покрытие, полностью отражающее рабочий спектральный диапазон первого канала и полностью пропускающее рабочий спектральный диапазон второго канала,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,
при этом первый канал системы включает в себя первый, второй и третий компоненты,
отличающаяся тем, что в первый канал введено матричное фотоприемное устройство (ФПУ), установленное в фокальной плоскости зеркально-линзового объектива за третьим по ходу лучей компонентом,
при этом первый канал образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм, излучение в котором, отражаясь спектроделительным покрытием первого компонента, фокусируется и формирует изображение объекта на матричном ФПУ, при этом второй канал образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм, излучение в котором проходит сквозь спектроделительное покрытие первого компонента,
при этом во второй канал введен четвертый компонент, установленный перед первым компонентом со стороны пространства предметов,
при этом четвертый компонент выполнен в виде призмы АР-90° и расположен таким образом, что одна из катетных граней призмы АР-90° приклеена к первой поверхности первого компонента, в центральной части которой имеется плоскость,
при этом в ПДК введено инфракрасное (ИК) ФПУ, установленное за второй по ходу лучей катетной гранью призмы АР-90° в фокальной плоскости оптической системы ПДК,
при этом ИК ФПУ удалено от призмы АР-90° на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива.
17. Система по п.16, отличающаяся тем, что в ПДК между призмой АР-90° и ПК ФПУ введены поворотное зеркало и линзовый объектив, удаленные от призмы АР-90° на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива.
| Волков В.Г | |||
| и др | |||
| Переносной комбинированный прибор всепогодного и круглосуточного действия, Прикладная физика, 2003, №5, с.114-115 | |||
| Волков В.Г | |||
| и др | |||
| Новые объективы с двумя фокусными расстояниями для приборов ночного видения, Прикладная физика, 2000, №5, с.44-49 | |||
| Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов | 1917 |
|
SU97A1 |
| ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ (ВАРИАНТЫ) | 2003 |
|
RU2256205C2 |
| СВЕТОСИЛЬНЫЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ | 1995 |
|
RU2091834C1 |
