СВЕРХШИРОКОУГОЛЬНАЯ СОЛНЕЧНО-СЛЕПАЯ ФОТОПРИЕМНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 2015 года по МПК G01J1/42 G02B13/14 

Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2417388 C2, 24.11.2006. RU 2347252 C2, 21.09.2006.

Настоящее изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к фотоприемникам, чувствительным в ультрафиолетовой области спектра, и может быть использовано в аппаратуре для наблюдения астрономических и космических объектов, полярных сияний, коронного разряда и других целей. Особенно широкое использование получили приемники УФ диапазона в УФ пеленгаторах обнаружения пусков атакующих ракет классов «земля-воздух» и «воздух-воздух» по ультрафиолетовому излучению факелов двигателей ракет. Учитывая, что излучение факелов ракет с учетом пропускания атмосферы сосредоточено в основном в диапазоне 260…290 нм, необходимо добиваться максимальной чувствительности фотоприемника в этом диапазоне и подавления чувствительности на длинах волн λ>300 нм.

Известно устройство, предназначенное для обнаружения ультрафиолетового излучения в диапазоне от 200 до 320 нм (RU 2417388 C2, 24.11.2006). Устройство содержит корпус, внутри которого установлены оптический блок, имеющий набор фокусирующих линз и стекол-фильтров, и кристаллический фильтр, имеющий полосу пропускания в диапазоне от 220 до 320 нм, за которым размещен фотоприемник, перед оптическим блоком размещена входная линза, за кристаллическим фильтром размещен дополнительный выходной оптический блок, имеющий набор фокусирующих линз и стекол-фильтров, внутренняя поверхность корпуса объектива снабжена поглощающим покрытием, а стекла-фильтры обоих блоков снабжены интерференционными покрытиями, причем кристаллический фильтр совместно с другими фильтрующими элементами обеспечивает фильтрацию излучения вне полосы пропускания.

Однако недостатком известного устройства является сравнительно узкий угол визуального обзора, как правило, до 120°, поэтому для кругового обнаружения пуска ракет требуется установить на защищаемый объект как минимум шесть ультрафиолетовых пеленгаторов.

Известно устройство (RU 2347252 C2, 21.09.2006), принятое за прототип, содержащее расположенные по ходу лучей из пространства предметов на одной оптической оси две группы линз с отрицательной и положительной оптическими силами и апертурную диафрагму, расположенную между двумя группами, группа линз с отрицательной оптической силой состоит по ходу лучей из пространства предметов из двух отрицательных выпукло-вогнутых менисков и одиночной положительной линзы, а группа линз с положительной оптической силой состоит по ходу лучей из пространства предметов из одиночной положительной линзы и двухлинзового положительного компонента со склеенными поверхностями между указанными двумя линзами, причем фокусное расстояние объектива определяется его угловым полем и параметрами фотоприемника по формуле:

f=d_ф/2W,

где: d_ф - диаметр фоточувствительной области фотоприемника, мм;

2W - угловое поле объектива, рад.

Угловое поле зрения этого изделия может достигать 210°.

Однако недостатками известного устройства является невозможность работы в ультрафиолетовом солнечно-слепом диапазоне длин волн и отсутствие подавления чувствительности на длинах волн с λ>300 нм.

Задачей настоящего изобретения является создание сверхширокоугольной солнечно-слепой фотоприемной головки, обеспечивающей получение сверхширокого угла обзора до 210° при условии практически полного подавления чувствительности на длинах волн с λ>300 нм.

Поставленная задача достигается тем, что в объективе "рыбий глаз" для видеокамеры, содержащем расположенные по ходу лучей из пространства предметов на одной оптической оси две группы линз (с отрицательной и положительной оптическими силами) и апертурную диафрагму, расположенную между двумя группами, первая группа линз с отрицательной оптической силой состоит из двух отрицательных выпукло-вогнутых менисков и одиночной положительной линзы, а вторая группа линз с положительной оптической силой состоит из одиночной положительной линзы и двухлинзового положительного компонента со склеенными поверхностями между указанными двумя линзами, отличающаяся тем, что линзы выполняются из материалов, хорошо пропускающих ультрафиолетовое излучение, а между двух отрицательных выпукло-вогнутых менисков и одиночной положительной линзы установлена первая группа фильтров, а между одиночной положительной линзой и апертурной диафрагмой установлена вторая группа фильтров, после линз и фильтров установлен фотоприемник с соответствующим фотокатодом.

В качестве материала для линз, хорошо пропускающих ультрафиолетовое излучение, используется кварцевое стекло, увиолевое стекло, лейкосапфир, фтористый магний, фтористый барий и т.д.

В качестве фильтров возможно использование монокристаллов одной из солей Туттона, например монокристалл гексагидрата сульфата аммония-никеля (NH₄)₂Ni(SO₄)₂·6H₂O, монокристалл гексагидрата сульфата калия-кобальта K₂Co(SO₄)₂·6H₂O, монокристалл гексагидрата сульфата калия-никеля K₂Ni(SO₄)₂·6H₂O, монокристалл гексагидрата сульфата никеля NiSO₄·6H₂O, монокристалл гексагидрата сульфата рубидия-никеля Rb₂Ni(SO₄)₂·6H₂O, монокристалл гексагидрата сульфата цезия-никеля Cs₂Ni(SO₄)₂·6H₂O, а также кристалл Al_xGa_x-1N и монокристалл LiYbF₄, легированный ионами Ce³⁺ и т.д.

В качестве фотоприемника используется многоанодный фотоумножитель. Фотокатод фотоумножителя может быть выполнен из теллуридов щелочных металлов Cs₂Te или Rb₂Te, сурьмяно-рубидиево-цезиевым Sb-Rb-Cs или сурьмяно-калиево-цезиевым Sb-K-Cs (бищелочной фотокатод), сурьмяно-натриево-калиево-цезиевым Sb-Na-K-Cs (мультищелочной фотокатод), из нитридов алюминия и галлия Al_xGa_x-1N и т.д.

В таблице приведены оценки основных параметров фотоприемной головки в зависимости от наиболее распространенных материалов фотокатода фотоумножителя и используемого фильтра.

Материал фотокатода Спектральная чувствительность фотокатода на 275 нм, мА/Вт Фильтр Пропускание оптики
с учетом пропускания фильтров на 275 нм Спектральная чувствительность фотоприемной головки на 275
нм с учетом
пропускания оптики, мА/Вт Подавление чувствительности с λ>300 нм Cs₂Te или Rb₂Te 20…25 Простейший ~0,5 10…12,5 более 10^-16 Sb-Rb-Cs или Sb-K-Cs (бищелочной фотокатод) 30…35 Сложный меньше 0,1 3…3,5 менее 10^-16 Sb-Na-K-Cs
(мультищелочной фотокатод) 50…55 Сложный меньше 0,1 5…5,5 менее 10^-16 Al_xGa_x-1N 65…70 Простой ~0,5 32,5…35 более 10^-16

Наилучшей совокупностью параметров обладает фотоприемная головка на основе фотоумножителя с фотокатодом из нитридов алюминия и галлия Al_xGa_x-1N.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), на котором приведена оптическая схема сверхширокоугольной солнечно-слепой фотоприемной головки:

1 - отрицательный выпукло-вогнутый мениск;

2 - отрицательный выпукло-вогнутый мениск;

3, 4, 5 - первая группа фильтров;

6 - положительная линза;

7, 8, 9, 10 вторая группа фильтров;

11 - апертурная диафрагма;

12 - положительная линза;

13, 14 - двухлинзовый положительный компонент со склеенными поверхностями между указанными двумя линзами;

15 - фотокатод фотоприемника;

16 - фотоприемник.

Линзы поз. 1, 2, 6 составляют первую группу линз с отрицательной оптической силой. Линзы поз. 12, 13, 14 составляют вторую группу линз с положительной оптической силой.

Сверхширокоугольная солнечно-слепая фотоприемная головка функционирует следующим образом. Ультрафиолетовое излучение от объекта, например от факела двигателя ракеты, поступает на входную линзу 1. Первая группа линз 1, 2, 6 с отрицательной оптической силой формирует мнимое изображение объекта в плоскости объектов второй группы линз 12, 13, 14 с положительной оптической силой. Вторая группа линз 12, 13, 14 переносит изображение объекта в плоскость фотокатода 15 фотоумножителя 16. Первая группа фильтров 3, 4, 5 и вторая группа фильтров 7, 8, 9, 10 производят необходимое подавление излучения с λ>300 нм. При этом в зависимости от назначения и используемого фотокатода могут использоваться одна или обе группы фильтров, а каждая группа фильтров может содержать один или несколько фильтров из одинаковых или различных материалов.

Техническим результатом изобретения является получение сверхширокоугольной солнечно-слепой фотоприемной головки, позволяющей принимать слабое ультрафиолетовое излучение, а следовательно, обнаруживать пуски атакующих ракет классов «земля-воздух» и «воздух-воздух» по излучению факелов двигателей ракет на больших дальностях.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается сверхширокоугольной солнечно-слепой фотоприемной головки. Фотоприемная головка содержит две группы линз и расположенную между ними апертурную диафрагму. Первая группа линз имеет отрицательную оптическую силу и состоит из двух отрицательных выпукло-вогнутых менисков и одиночной положительной линзы. Вторая группа линз имеет положительную оптическую силу и состоит из одиночной положительной линзы и двухлинзового склеенного положительного компонента. Линзы выполнены из материалов, хорошо пропускающих ультрафиолетовое излучение. Между отрицательным выпукло-вогнутом мениском и одиночной положительной линзой установлена первая группа фильтров, а между одиночной положительной линзой и апертурной диафрагмой установлена вторая группа фильтров. Технический результат заключается в увеличении углового поля зрения и увеличении дальности обнаружения объектов. 20 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сверхширокоугольная солнечно-слепая фотоприемная головка, содержащая расположенные по ходу лучей из пространства предметов на одной оптической оси две группы линз (с отрицательной и положительной оптическими силами) и апертурную диафрагму, расположенную между двумя группами, первая группа линз с отрицательной оптической силой состоит из двух отрицательных выпукло-вогнутых менисков и одиночной положительной линзы, а вторая группа линз с положительной оптической силой состоит из одиночной положительной линзы и двухлинзового положительного компонента со склеенными поверхностями между указанными двумя линзами, отличающаяся тем, что линзы выполняются из материалов, хорошо пропускающих ультрафиолетовое излучение, а между двух отрицательных выпукло-вогнутых менисков и одиночной положительной линзы установлена первая группа фильтров, а между одиночной положительной линзой и апертурной диафрагмой установлена вторая группа фильтров, после линз и фильтров установлен фотоприемник с соответствующим фотокатодом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линзы выполнены из кварцевого стекла.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линзы выполнены из увиолевого стекла.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линзы выполнены из лейкосапфира.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линзы выполнены из фтористого магния.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линзы выполнены из фтористого бария.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линзы выполнены из комбинации материалов по пп.2-6.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтры выполнены из монокристалла гексагидрата сульфата аммония-никеля (NH₄)₂Ni(SO₄)₂·6H₂O.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтры выполнены из монокристалла гексагидрата сульфата калия-кобальта K₂Co(SO₄)₂·6H₂O.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтры выполнены из монокристалла гексагидрата сульфата калия-никеля K₂Ni(SO₄)₂·6H₂O.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтры выполнены из монокристалла гексагидрата сульфата никеля NiSO₄·6H₂O.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтры выполнены из монокристалла гексагидрата сульфата рубидия-никеля Rb₂Ni(SO₄)₂·6H₂O.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтры выполнены из монокристалла гексагидрата сульфата цезия-никеля Cs₂Ni(SO₄)₂·6H₂O.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтры выполнены из кристалла Al_xGa_x-1N.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтры выполнены из монокристалла LiYbF₄, легированного ионами Ce³⁺.

16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтры выполнены из комбинации материалов по пп.8-15.

17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве фотоприемника применен многоанодный фотоумножитель.

18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотокатод фотоумножителя выполнен из теллуридов щелочных металлов Cs₂Te или Rb₂Te.

19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотокатод фотоумножителя выполнен сурьмяно-рубидиево-цезиевым Sb-Rb-Cs или сурьмяно-калиево-цезиевым Sb-K-Cs (бищелочной фотокатод).

20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотокатод фотоумножителя выполнен сурьмяно-натриево-калиево-цезиевым Sb-Na-K-Cs (мульти-щелочной фотокатод).

21. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотокатод фотоумножителя выполнен из нитридов алюминия и галлия (Al_xGa_x-1N).