Оптическая система со сканируемым полем зрения Советский патент 1984 года по МПК G02B17/00 G02B26/10 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к зеркальным системам телескопического типа, к южет найти применение в сканирующих системах, в частности в оптической связи, в системах поиска, слежения и локации космических объектов. Известна сканирующая оптическая система, содержащая основную оптическую систему и поворотное плоское зеркало, установленное вне основной оптической системы Cl 3. Существенным недостатком системы является малая точность сканирования погрешность которого, в силу удвоения угла при отражении от плоского зеркала, вдвое больше погрешности «поворотного механизма. Кроме того, «система характеризуется низкой скоростью сканирования, зависящей от инертности массивного плоского зерка ла, размер которого преэьпиает пример но в полтора раза величину наибольше го силового компонента. Известен зеркальный объектив, содержащий вогнутое и выпуклое асферические зеркала, между которыми в цен ре кривизны поверхности изображения размещено поворотное плоское зеркало С 2 3. Недостатком данного устройства яв ляется низкая точность сканирования из-за того, что коэффициент повышения точности сканирования, определяемый как отношение угла поворота пло кого зеркала к углу сканирования (уг лу поворота луча), не превышает 4,5 Кроме того, в устройстве пучок на выходе сходится, т.е. оно не обе печивает одновременно со сканированием коллимацию пучка, что не позво ет наряду с использованием устройст для приема излучения, использовать его для передачи. Коллимация с помощью ; вспомогательной системы вносит допо нительные потери и искажения. Целью изобретения является повышение точности сканирования при одно I временной коллимации входного и выходного пучков. Поставленная цель достигается тем что в оптической системе со сканируе мым полем зрения, содержащей вьтуклое и вогнутое асферические зеркала установленные соосно с общим фокусом и основное плоское поворотное зеркало, асферические зеркала выполнены параболическими, а оптическая система снабжена дополнительным плоским зеркалом, установленным с возможностью поворота совместно с основным плоским зеркалом вокруг оси, проходящей через общий .фокус параболических зеркал и через дополнительное плоское зеркало, так, что указанная ось, нормаль к дополнительному плоскому зеркалу в точке его пересечения с этой осью и нормаль к основному плоскому зеркалу лежат в одной плоскости. На фиг. 1 изображена принципиальная оптическая схема оптической системы со сканируемым полем зрения, вид сбокуi на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - схема, поясняющая работу устройства. Оптическая система состоит из вогнутого 1 и выпуклого 2 силовых отражающих компонентов, которые расположены соосно и имеют общий фокус Между силовыми отражающими компонентами 1 и 2 установлено основное плоское поворотное зеркало 3. Дополнительное плоское зеркало 4 установлено на оси, проходящей через фокус F с возможностью совместного поворота с основным плоским зеркалом 3 вокруг общей оси (фиг. 1 и 2). Оптическая система работает следующим образом. Узкий квазипараллельный пучок излучения лазера направляется так, что ось этого пучка проходит через точку F - общий фокус вогнутого 1 и выпуклого 2 силовых отражающих компонентов. Пучок отражается дополнительным зеркалом 4 и попадает на основное поворотное зеркало 3, после отражения откоторого попадает на вьшуклый компонент 2, отражаясь от которого расходится и попадает на вогнутый силовой компонент 1. После него, расширенный и коллимированный, уходит в пространство. При сканировании плоские зеркала 3 и 4 совместно поворачиваются вокруг оси, проходящей через точку Р и плоское зеркало. При этом осевой луч пучка, отраженный плоским зеркалом 3, проходит через эту же точку и пересекает поверхность силового компонента 2 в точке А (фиг.З). В силу свойств параболических отражающих поверхностей схемы Мерсена луч, отраженный компонентом 2 (фокусом которого является точка F ), проходит параллельно главной оптичес кой оси и пересекает компонент 1 в точке В. После чего луч, отраженный компонентом 1, опять проходит через точку F . Поскольку высота точек А и В над главной оптической осью одинакова (обозначим ее Н ), а расстояния точек о и О от точки IF являются главными фокусными расстояниями ком понентов 1 и 2 (обозначим их f oiin вогн ° повороте входящего пучка на угол выходящий пучок синхронно повернется на угол р 2acrtg -МШ-t. -а этом коэффици ент повьппения точности сканирования К /5/ot. Как известно, схема Мерсена афокальна и в ней строго исправлены сфе рическая аберрация и астигматизм и выполняется условие синусов, т.е. исправлена также и кома. Благодаря афокальности примененной схемы в оптической системе без участия какой-либо вспомогательной оптики происходит преобразование узкого пучка в пространстве изображени в широкий в пространстве предметов, т.е. коллимация вводимого в систему пучка. Коэффициент коллимации определяет ся отношением ширины широкого пучка к ширине узкого пучка в зрачках оптической системы. Коллимация используется также для повьш1ения точности сканирования. При наклоне оси узкого пучка к оптической оси системы ма некоторый угол ось широкого пучка, в силу уменьшени расходимости, отклонится на меньший угол и влияние погрешности устройства, задакнцего наклон узкого пучка, с ответственно уменьшится.В отличии от прототипа, коэффициент повышения точности сканирования в данной систе ме зависит от параметров оптической схемы (соотношения фокусов обоих силовых компонентов), что позволяет значительно повысить соответствующую точность сканирования, достигаемую в прототипе. Равномерное распределе-ние плотности излучения в коллимированном пу ке обеспечивается отсутствием в схеме Мерсена сферической аберрации, комы и астигматизма. Однако последни исправляется строго только в том слу чае, когда центры входного и выходного зрачков совпадают с общим фокусом обоих силовых компонентов. Этим , определяется положение оси поворота узкого пучка, которая должна проходить через центр входного или выходного зрачка. В оптических системах оптико-электронных устройств источник излучения, при работе устройства на передачу, или приемник излучения, при работе на прием, при совместной работе, при осуществлении сканирования должны оставаться неподвижными. Вьтолнение этого требования достигается применением двух плоских поворотных зеркал, одно из которых пересекается поворотной осью, вдоль которой первоначально направлен узкий пучок, причем это зеркало наклонено таким образом, что отраженный от него узкий пучок попадает на второе плоское зеркало, в свою очередь наклоненное таким образом, что отраженный от него узкий пучок попадает на вогнутый отражакядий компонент, а ось этого пучка направлена на общий фокус силовых компонентов (см. фиг. 1). Поскольку сама поворотная ось тоже проходит через эту точку, то отрезки оси узкого пучка, заключенные между фокусом и зеркалами и между самими зеркалами, являются сторонами треугольника, сумма углов которого, как известно, составляет 180 , а биссектрисы углов, являющиеся в данном случае нормалями к плоским зеркалам, лежат в одной плоскости. Например, в оптической системе, собранной по указанной схеме, где вогнутое зеркало имеет параметры: R 6000 ММ, Ф 300 мм, выпуклое зеркало имеет параметры: мм; , ф 10 мм, расстояние между параболическими зеркалами - 2970 мм, коэффициент коллимации равен 100. Чтобы просканировать этой оптической системой угол 5 9,А (ytiacTOK длиной 1,5 км на удалений -1000 км), плоские зеркала должны развернуться на угол 8°3525,2. В указанном устройстве точность сканирования в 22 раза выше, чем в известном устройстве. Применение предлагаемой оптической системы со сканируемым полем зрения позволяет при сканировании внутри небольших углов резко повысить разрешающую способйость и дальнодействие оптико-электронных комплексов.

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СО СКАНИ-. РУЕМЬ1М ПОЛЕМ ЗРЕНИЯ, содержащая выпуклое и вогнутое асферические зеркала. .установленные соосно с общим фокусом, и основное плоское поворотное зеркало, отличающаяся тем, что, с целью повьшения точности сканирования при одновременной коллимации входного и выходного пучков, асферические зеркала вьшолнены параболическими, а оптическая система снабжена дополнительным плоским зеркалом, установленным с возможностью поворота совместно с основным плоским зеркалом вокруг оси, проходящей через общий фокус параболических зеркал и через дополнительное плоское зеркало так, что укзанная ось, нормаль к дополнительному плоскому зеркалу 4V в точке его пересечения этой осью и нормаль к основному плоскому зеркалу лежат в одной плоскости. со ел isd 00