Панорамная двухспектральная зеркально-линзовая система Российский патент 2020 года по МПК G02B17/08 G03B37/06 G02B13/06 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к панорамным зеркально-линзовым системам, и может быть использовано, например, в качестве объективов видеокамер.

Известны панорамные зеркально-линзовые объективы (Патент номер 2335003 классы МПК7: G03B 37/06, G02B 17/08 Панорамная зеркально-линзовая система с видеокамерой. Авторы патента: Князев А.А., Колобов К.В., Колючкин В.Я., Тимашова Л.Н. ООО «Лаборатория трехмерного зрения» (RU). Дата подачи заявки: 21.09.2006. Дата начала действия: 21.09.2006. Дата публикации патента: 27.09.2008. Патент номер 2185645 классы МПК7: G02B 13/06 G02B 17/08 Панорамный зеркально-линзовый объектив. Авторы патента: Соломатин В.А., Куртов А.В. Московский государственный университет геодезии и картографии. Подача заявки: 1999-12-22. Публикация патента: 20.07.2002. www.findpatent.ru/patent/218/2185645.html), с углом поля зрения до 180 град., которые содержат зеркала и линзовую систему.

Известные панорамные зеркально-линзовые объективы содержат систему зеркал вогнутого и выпуклого (или выпуклого и вогнутого) в основном внешнего отражения и линзовую систему переноса изображения.

Недостатком известных панорамных зеркально-линзовых объективов (систем), которые содержат систему зеркал вогнутого и выпуклого (или выпуклого и вогнутого), и линзовую систему переноса изображения является то, что пространство между зеркалами не герметизировано, это ограничивает применение их в реальных условиях в качестве оптических систем бортовых навигационных видеокамер беспилотных устройств. Малый задний фокальный отрезок не позволяет разделить потоки излучения разных спектральных диапазонов и требует применения многоспектральных фотоприемников, которых в настоящее время известно немного и они не обеспечивают высокого качества изображения.

Такие панорамные зеркально-линзовые системы используются как оптические системы видеокамер в астрономии, метеорологии и других областях науки и техники.

Панорамная зеркально-линзовая система (All-sky), взятая в качестве прототипа, содержит первое вогнутое зеркало с центральным отверстием, второе выпуклое зеркало и линзовую систему переноса изображения через центральное отверстие первого зеркала (Г.Г. Ленгауэр, Н.Н. Михельсон, И.Н. Никанорова. Теория сверхширокоугольной камеры Г.Г. Ленгауэра // Изв. ГАО АН СССР. - 1989. - №206. - С. 75-79.).

К недостаткам рассматриваемой системы следует отнести то, что сферические зеркала имеют наружное покрытие и подвержены воздействию наружной агрессивной среды, а в качестве линзовой системы переноса изображения применены фотографические объективы «Гелиос-40» или «Гелиос-44-2» содержащие шесть и более линз, имеющие большую массу и работающие только в визуальном диапазоне спектра. Кроме того, выпуклое зеркало крепится на трех ножевидных кронштейнах, затеняющих поле зрения и ухудшающих качество изображения за счет дифракции.

Данный тип панорамных зеркально-линзовых систем имеет довольно большие аберрации, особенно, дисторсию и кривизну поля. Сферические зеркала практически не имеют коррекционных параметров для исправления аберраций.

Задачей предполагаемого изобретения является разработка панорамной двухспектральной зеркально-линзовой системы с герметизированным пространством между зеркалами с внутренним отражением и разведением визуального и невизуального излучения (ультрафиолетового или инфракрасного) на разные приемники оптического излучения. Это позволит применять панорамную двухспектральную зеркально-линзовую систему в качестве объектива бортовой видеокамеры беспилотных аппаратов.

Поставленная задача достигается тем, что панорамная двухспектральная зеркально-линзовая система состоит из двух зеркал: вогнутого и выпуклого, а также линзовой системы переноса изображения визуального диапазона спектра, согласно изобретению, в систему введено защитное стекло в виде полусферы, а зеркала выполнены с внутренним отражением и сплошное вогнутое зеркало не имеет зеркального покрытия в центральной части, причем диаметры защитного стекла и вогнутого зеркала равны и конструктивно объединены в единую полую сферу, а выпуклое зеркало закреплено внутри нее в центральной части защитного стекла, все оптические детали выполнены из одного материала, кроме того между вогнутым зеркалом снаружи и линзовой системой переноса изображения визуального диапазона спектра установлено спектроделительное зеркало и добавлена линзовая система для переноса изображения невизуального диапазона спектра.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом. На фиг. 1. - представлена оптическая схема панорамной двухспектральной зеркально-линзовой системы, где

1 - защитное стекло, в виде полусферы;

2 - сплошное вогнутое зеркало с внутренним отражением без зеркального покрытия в центральной части;

3 - выпуклое зеркало с внутренним отражением;

4 - спектроделительное зеркало;

5 - линзовая система переноса изображения визуального диапазона спектра;

6 - линзовая система для переноса изображения невизуального диапазона спектра.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Излучение от удаленного объекта в виде параллельных пучков лучей падает на защитное стекло (1), преломляется ее периферийной частью и направляется на зеркало (2). После отражения от внутренней отражающей поверхности зеркала (2), излучение изменяет свое направление и отражается от внутренней поверхности зеркала (3). Сходящийся пучок излучения поступает на полевой компенсатор аберраций - центральной части зеркала (2). Затем излучение делится на два пучка по спектру спектроделительным зеркалом (4). Один, пройдя через спектроделительное зеркало (4) и линзовую систему (6), образует невизуальное изображение (ультрафиолетовое или инфракрасное), а другой - отразившись от спектроделительного зеркала (4) и пройдя линзовую систему (5), образует изображение визуального диапазона спектра. Защитное стекло и зеркала с внутренним отражением выполнены из одного оптического материала.

Технический результат от использования данного изобретения заключается в том, что защитное стекло и вогнутое зеркало выполнены одного диаметра соответственно и объединены конструктивно в полую сферу, а выпуклое зеркало установлено внутри нее и закреплено в центральной части защитного стекла, что повышает герметичность системы. Такая конструкция, выполненная из одного оптического материала, позволяет работать в двух диапазонах спектра одновременно за счет взаимной компенсации аберраций, а это снижает массогабаритные характеристики системы. Спектроделительное зеркало и линзовые системы переноса изображений позволяют повысить качество изображений в каждом из спектральных диапазонов.

Зеркально-линзовая система состоит из вогнутого и выпуклого зеркал и линзовой системы переноса изображения визуального диапазона спектра. В систему введено защитное стекло в виде полусферы, обращенное выпуклостью к объекту. Зеркала выполнены с внутренним отражением и сплошное вогнутое зеркало не имеет зеркального покрытия в центральной части. Диаметры защитного стекла и вогнутого зеркала равны, и они конструктивно объединены в единую полую сферу. Выпуклое зеркало установлено внутри полусферы в центральной части защитного стекла. Защитное стекло и зеркала с внутренним отражением выполнены из одного оптического материала. Между вогнутым зеркалом снаружи и линзовой системой переноса изображения визуального диапазона спектра установлено спектроделительное зеркало и добавлена линзовая система для переноса изображения невизуального диапазона спектра. Технический результат – обеспечение герметизированного пространства между зеркалами с внутренним отражением и разведения визуального и невизуального излучений на разные приемники оптического излучения. 1 ил.

Панорамная двухспектральная зеркально-линзовая система, состоящая из двух зеркал - вогнутого и выпуклого, а также линзовой системы переноса изображения визуального диапазона спектра, отличающаяся тем, что в систему введено защитное стекло в виде полусферы, обращенное выпуклостью к объекту, а зеркала выполнены с внутренним отражением и сплошное вогнутое зеркало не имеет зеркального покрытия в центральной части, причем диаметры защитного стекла и вогнутого зеркала равны и конструктивно объединены в единую полую сферу, а выпуклое зеркало установлено внутри полусферы в центральной части защитного стекла, защитное стекло и зеркала с внутренним отражением выполнены из одного оптического материала, кроме того, между вогнутым зеркалом снаружи и линзовой системой переноса изображения визуального диапазона спектра установлено спектроделительное зеркало и добавлена линзовая система для переноса изображения невизуального диапазона спектра.