close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11571

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 02B 17/08
G 02B 13/16
ДВУХКАНАЛЬНАЯ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ
СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ)
(21) Номер заявки: a 20061026
(22) 2006.10.23
(43) 2008.06.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Пеленг" (BY)
(72) Авторы: Батюшков Валентин Вениаминович; Васильева Ирина Владимировна; Кирилин Владимир Иванович; Ковалев Юрий Васильевич;
Кремень Иван Федорович; Новиченков Владимир Юрьевич; Пуляев
Евгений Михайлович (BY)
BY 11571 C1 2009.02.28
BY (11) 11571
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "Пеленг" (BY)
(56) ВОЛКОВ В. Г. и др. // Прикладная физика. - 2003. - № 5. - C. 114-115.
BY 6832 C1, 2005.
RU 2047201 C1, 1995.
SU 934432, 1982.
(57)
1. Двухканальная зеркально-линзовая оптическая система, содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающая светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, содержащий три компонента, первый из которых по
ходу лучей выполнен в виде обращенной выпуклостью к пространству предметов плосковыпуклой линзы с вырезанной центральной зоной и кольцевым отражающим покрытием
на второй по ходу лучей поверхности, второй - в виде обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов мениска с вырезанной центральной зоной и внутренним
отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, а третий - в виде линзового компенсатора полевых аберраций, содержащего, по меньшей мере, две линзы, причем в
вырезанной центральной зоне первого компонента установлен входящий вместе с первыми тремя компонентами в первый канал системы четвертый компонент, имеющий общую
Фиг. 1
BY 11571 C1 2009.02.28
визирную ось с зеркально-линзовым объективом, содержащий, по меньшей мере, три линзы и образующий вместе с третьим компонентом короткофокусный линзовый объектив,
плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного
зеркально-линзового объектива, при этом первый, второй и третий компоненты выполнены с возможностью создания крупномасштабного изображения объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты - с возможностью создания изображения 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 с
рабочим спектральным диапазоном от 600 до 1000 нм для формирования изображения
объекта на матричном фотоприемном устройстве, а второй канал образует приемный
дальномерный канал с рабочим спектральным диапазоном от 1530 до 1570 нм для фиксирования отраженных от объекта лазерных импульсов на инфракрасном фотоприемном
устройстве, оба канала содержат все указанные компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент, установленный на оптической оси между третьим
компонентом и матричным фотоприемным устройством и выполненный в виде склеенной
призмы с нанесенным на внутреннюю склеенную поверхность, расположенную под углом
к оптической оси, спектроделительным покрытием, пропускающим излучение спектрального диапазона от 600 до 1000 нм на матричное фотоприемное устройство и отражающим
излучение спектрального диапазона от 1530 до 1570 нм на инфракрасное фотоприемное
устройство, при этом система содержит раздвижную кольцевую непрозрачную диафрагму, установленную на оси канала управления между первым и вторым компонентами, и
непрозрачный экран, установленный перед четвертым линзовым компонентом со стороны
пространства предметов с возможностью ввода-вывода из световой зоны короткофокусного линзового объектива, для поочередного перекрытия излучения, попадающего на
матричное фотоприемное устройство через длиннофокусный зеркально-линзовый объектив и короткофокусный линзовый объектив.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что содержит между непрозрачным экраном и
четвертым линзовым компонентом компонент из двух оптических клиньев, установленных с возможностью поворота каждого клина вокруг оптической оси.
3. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит обращенную плоской стороной к пространству предметов плоско-выпуклую линзу, установленную соосно с зеркально-линзовым объективом и приклеенную к грани спектроделительного компонента,
обеспечивающей выход в приемный дальномерный канал излучения, отраженного от
спектроделительного покрытия, а также линзовый объектив, установленный за плосковыпуклой линзой по ходу лучей и соосно с ней на расстоянии, обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива, с возможностью фокусировки излучения на инфракрасном фотоприемном устройстве.
4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что плоско-выпуклая линза выполнена одиночной или склеенной из двух линз.
5. Система по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что центральная зона выпуклой поверхности плоско-выпуклой линзы выполнена непрозрачной для полного экранирования излучения, проходящего в приемный дальномерный канал сквозь линзовый короткофокусный
объектив.
6. Двухканальная зеркально-линзовая оптическая система, содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающая светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, содержащий три компонента, первый из которых по
ходу лучей выполнен в виде обращенной выпуклостью к пространству предметов плосковыпуклой линзы с вырезанной центральной зоной и кольцевым отражающим покрытием
на второй по ходу лучей поверхности, второй - в виде обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов мениска с вырезанной центральной зоной и внутренним
отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, а третий - в виде линзового компенсатора полевых аберраций, содержащего, по меньшей мере, две линзы, причем в
вырезанной центральной зоне первого компонента установлен входящий вместе с первы2
BY 11571 C1 2009.02.28
ми тремя компонентами в первый канал системы четвертый компонент, имеющий общую
визирную ось с зеркально-линзовым объективом, содержащий, по меньшей мере, три линзы и образующий вместе с третьим компонентом короткофокусный линзовый объектив,
плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного
зеркально-линзового объектива, при этом первый, второй и третий компоненты выполнены с возможностью создания крупномасштабного изображения объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты - с возможностью создания изображения 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 с
рабочим спектральным диапазоном от 600 до 1000 нм для формирования изображения
объекта на матричном фотоприемном устройстве, а второй канал образует приемный
дальномерный канал с рабочим спектральным диапазоном от 1530 до 1570 нм для фиксирования отраженных от объекта лазерных импульсов на инфракрасном фотоприемном
устройстве, оба канала содержат все указанные компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент, установленный на оптической оси непосредственно за третьим компонентом и выполненный в виде склеенной призмы с нанесенным
на внутреннюю склеенную поверхность, расположенную под углом к оптической оси,
спектроделительным покрытием, пропускающим излучение спектрального диапазона от
600 до 1000 нм на матричное фотоприемное устройство и отражающим излучение спектрального диапазона от 1530 до 1570 нм на инфракрасное фотоприемное устройство, канал управления содержит установленные соосно с ним и последовательно по ходу лучей
диафрагму поля зрения, установленную в общей плоскости изображений зеркальнолинзового и линзового короткофокусного объективов канала управления, и линзовый объектив переноса изображения для оптического сопряжения плоскости диафрагмы поля зрения с плоскостью матричного фотоприемного устройства, содержащий пятый и шестой
линзовые компоненты, между пятым и шестым линзовыми компонентами установлена
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, а апертурная диафрагма выполнена с возможностью поворота вокруг оптической оси и с одним кольцевым отверстием с центральным экранированием и одним круглым отверстием, размеры которых
соответствуют поперечным сечениям пучков зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов в плоскости апертурной диафрагмы.
7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что содержит перед четвертым линзовым компонентом компонент из двух оптических клиньев, установленных с возможностью поворота каждого клина вокруг оптической оси.
8. Система по п. 6 или 7, отличающаяся тем, что содержит обращенную плоской стороной к пространству предметов плоско-выпуклую линзу, установленную соосно с зеркально-линзовым объективом и приклеенную к грани спектроделительного компонента,
обеспечивающей выход в приемный дальномерный канал излучения, отраженного от
спектроделительного покрытия, а также линзовый объектив, установленный за плосковыпуклой линзой по ходу лучей и соосно с ней на расстоянии, обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива, с возможностью фокусировки излучения на инфракрасном фотоприемном устройстве.
9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что плоско-выпуклая линза выполнена одиночной или склеенной из двух линз.
10. Система по п. 8 или 9, отличающаяся тем, что центральная зона выпуклой поверхности плоско-выпуклой линзы выполнена непрозрачной для полного экранирования
излучения, проходящего в приемный дальномерный канал сквозь линзовый короткофокусный объектив.
3
BY 11571 C1 2009.02.28
11. Система по любому из пп. 6-10, отличающаяся тем, что пятый и шестой линзовые
компоненты содержат, по меньшей мере, три линзы каждый.
12. Система по любому из пп. 6-11, отличающаяся тем, что содержит защитный экран, установленный между пятым и шестым компонентами с возможностью ввода-вывода
из световой зоны канала управления.
13. Система по любому из пп. 6-12, отличающаяся тем, что канал управления содержит второй спектроделительный компонент и фотоприемное устройство синхронизации,
при этом второй спектроделительный компонент установлен между шестым линзовым
компонентом и матричным фотоприемным устройством и выполнен в виде склеенной
призмы с нанесенным на внутреннюю склеенную поверхность, расположенную под углом
к оптической оси, спектроделительным покрытием, отражающим излучение спектрального диапазона от 600 до 850 нм на матричное фотоприемное устройство и пропускающим
излучение спектрального диапазона от 850 до 1000 нм на фотоприемное устройство синхронизации.
14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что содержит диафрагму с отверстием,
ограничивающим размер поля зрения канала управления, установленную между вторым
спектроделительным компонентом и одним из фотоприемных устройств канала управления или обоими сразу.
15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что диафрагма выполнена с возможностью
поворота вокруг оптической оси и с двумя или более отверстиями разного размера для поочередного ограничения размера поля зрения канала управления.
16. Двухканальная зеркально-линзовая оптическая система, содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающая светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, содержащий три компонента, первый из которых по
ходу лучей выполнен в виде обращенной выпуклостью к пространству предметов плосковыпуклой линзы, второй - в виде обращенного вогнутыми поверхностями к пространству
предметов мениска с вырезанной центральной зоной и внутренним отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, а третий - в виде линзового компенсатора полевых аберраций и содержит, по меньшей мере, две линзы, причем первый канал системы
включает указанные три компонента, отличающаяся тем, что центральная зона второй по
ходу лучей плоской поверхности первого компонента выполнена со спектроделительным
покрытием, полностью отражающим рабочий спектральный диапазон первого канала и
полностью пропускающим рабочий спектральный диапазон второго канала, первый канал
образует канал управления с рабочим спектральным диапазоном от 600 до 1000 нм для
фокусировки излучения, отраженного спектроделительным покрытием первого компонента, и формирования изображения объекта на матричном фотоприемном устройстве, установленном в фокальной плоскости зеркально-линзового объектива за третьим по ходу
лучей компонентом, а второй канал образует приемный дальномерный канал с рабочим
спектральным диапазоном от 1530 до 1570 нм и содержит четвертый компонент, установленный перед первым компонентом со стороны пространства предметов и выполненный в
виде призмы АР-90°, одна из катетных граней которой приклеена к центральной плоской
части первой поверхности первого компонента, за второй по ходу лучей катетной гранью
призмы в фокальной плоскости первого и второго компонентов установлено инфракрасное фотоприемное устройство, удаленное от призмы на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что между призмой АР-90° и инфракрасным
фотоприемным устройством установлены поворотное зеркало и линзовый объектив, обеспечивающие перенос изображения из задней фокальной плоскости первого и второго
компонентов на инфракрасное фотоприемное устройство и удаленные от призмы на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркальнолинзового объектива.
4
BY 11571 C1 2009.02.28
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 областях спектра.
Требования к таким системам - высокие чувствительность и разрешающая способность для обнаружения и распознавания объектов на предельных дистанциях, быстродействие, помехозащищенность, надежность, многофункциональность и минимальные массогабаритные 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 обращенной выпуклостью к пространству предметов плоско-выпуклой линзы,
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 обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов мениска с вырезанной центральной зоной и содержит внутреннее
отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и
содержит, по меньшей мере, две линзы,
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 от 700 до 920 нм, которое отражается спектроделительным покрытием первого компонента, за исключением узкой полосы лазерного подсвета от 820 до 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 от 820 до 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. Последняя по ходу лучей поверхность линзы четвертого компонента имеет внутреннее отражающее покрытие для области спектра от 820 до 860 нм.
Излучение второго канала проходит сквозь спектроделительное покрытие в центральной зоне первого компонента, затем сквозь три линзы четвертого компонента и, отраженное
покрытием четвертого компонента, возвращается сквозь него, попадая на третий компонент
зеркально-линзового объектива и фокусируясь в задней фокальной плоскости второго канала, совпадающей с фокальной плоскостью зеркально-линзового объектива, формирует
изображение другого масштаба на фотокатоде того же ЭОП, что и в первом канале.
Достоинством 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.
5
BY 11571 C1 2009.02.28
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 обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов мениска с вырезанной центральной зоной и имеет внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу
лучей поверхности. 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 обеспечить отсутствие экранирования вторым компонентом ТП канала
кольцевой световой зоны зеркально-линзового канала ПНВ.
Система обеспечивает рациональную компоновку и сокращение габаритов за счет использования зоны центрального экранирования первого компонента для размещения второго канала.
Однако различные рабочие спектральные диапазоны каналов ПНВ (от 0,68 до 0,88 мкм)
и ТП (от 8 до 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, второго и третьего 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 светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, содержащий
три компонента, первый из них по ходу лучей выполнен в виде обращенной выпуклостью
к пространству предметов плоско-выпуклой линзы с вырезанной центральной зоной и
кольцевым отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, второй - в виде
обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов мениска с вырезанной
центральной зоной и внутренним отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, а третий - в виде линзового компенсатора полевых аберраций, содержащего, по
меньшей мере, две линзы, причем в вырезанной центральной зоне первого компонента
установлен входящий вместе с первыми тремя компонентами в первый канал системы
четвертый компонент, имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом,
содержащий, по меньшей мере, три линзы и образующий вместе с третьим компонентом
короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива, при этом первый,
второй и третий компоненты выполнены с возможностью создания крупномасштабного
изображения объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты - с возможностью создания изображения 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 активноимпульсный (АИ) канал и включает в себя в качестве приемного устройства ЭОП и телевизионную (ТВ) камеру с матричным фотоприемным устройством (ФПУ). ЭОП преобра6
BY 11571 C1 2009.02.28
зует 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 обеспечить отсутствие экранирования пятым компонентом кольцевой световой зоны зеркальнолинзового 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 первом, втором и третьем вариантах систем, 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 светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, содержащий
три компонента, первый из которых по ходу лучей выполнен в виде обращенной выпуклостью к пространству предметов плоско-выпуклой линзы с вырезанной центральной зоной и кольцевым отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, второй в виде обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов мениска с вырезанной центральной зоной и внутренним отражающим покрытием на второй по ходу
лучей поверхности, а третий - в виде линзового компенсатора полевых аберраций, содержащего, по меньшей мере, две линзы, причем в вырезанной центральной зоне первого
компонента установлен входящий вместе с первыми тремя компонентами в первый канал
системы четвертый компонент, имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым
объективом, содержащий, по меньшей мере, три линзы и образующий вместе с третьим
компонентом короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого
совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива,
при этом первый, второй и третий компоненты выполнены с возможностью создания
крупномасштабного изображения объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты - с возможностью создания изображения 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 образует канал управления с рабочим спектральным диапазоном от 600 до 1000 нм для формирования изображения объекта на матричном фотоприемном устройстве, а второй канал образует приемный дальномерный
канал с рабочим спектральным диапазоном от 1530 до 1570 нм для фиксирования отра7
BY 11571 C1 2009.02.28
женных от объекта лазерных импульсов на инфракрасном фотоприемном устройстве, оба
канала содержат все указанные компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент, установленный на оптической оси между третьим компонентом и
матричным фотоприемным устройством и выполненный в виде склеенной призмы с нанесенным на внутреннюю склеенную поверхность, расположенную под углом к оптической
оси, спектроделительным покрытием, пропускающим излучение спектрального диапазона
от 600 до 1000 нм на матричное фотоприемное устройство и отражающим излучение
спектрального диапазона от 1530 до 1570 нм на инфракрасное фотоприемное устройство.
Система содержит раздвижную кольцевую непрозрачную диафрагму, установленную
на оси канала управления между первым и вторым компонентами, и непрозрачный экран,
установленный перед четвертым линзовым компонентом со стороны пространства предметов с возможностью ввода/вывода из световой зоны короткофокусного линзового объектива, для поочередного перекрытия излучения, попадающего на матричное фотоприемное устройство 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 фотоприемном устройстве,
не создают помех друг для друга. Этим не только существенно расширяется диапазон
действия канала управления без увеличения габаритов, но и повышается помехозащищенность системы. Использование одного общего дорогостоящего матричного фотоприемного устройства так же, как и вычислительного и электронного устройств обработки сигнала
позволяет снизить стоимость системы.
Применение спектроделительного компонента для разделения излучения каналов по
спектру позволяет свести к минимуму потери 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 и обеспечить большую светосилу
и высокие уровни полезного сигнала, определяющие необходимую дальность действия
системы как в канале управления, так и в приемном дальномерном канале. При этом достигается высокое качество изображения в обоих каналах за счет минимальных хроматических аберраций зеркально-линзового объектива в широком спектральном диапазоне.
Система содержит между непрозрачным экраном и четвертым линзовым компонентом
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 канала
управления.
Система содержит обращенную плоской стороной к пространству предметов плосковыпуклую линзу, установленную соосно с зеркально-линзовым объективом и приклеенную к грани спектроделительного компонента, обеспечивающей выход в приемный дальномерный канал излучения, отраженного от спектроделительного покрытия, а также
линзовый объектив, установленный за плоско-выпуклой линзой по ходу лучей и соосно с
ней на расстоянии, обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны
зеркально-линзового объектива, с возможностью фокусировки излучения на инфракрасном фотоприемном устройстве. Объектив вместе с плоско-выпуклой линзой составляют
оптику переноса изображения из задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива на инфракрасное фотоприемное устройство. Их введение позволяет обеспечить
требуемые оптические характеристики приемного дальномерного канала и более компактно разместить инфракрасное фотоприемное устройство.
Плоско-выпуклая линза может быть выполнена как одиночной, так и склеенной из
двух линз.
Центральная зона выпуклой поверхности плоско-выпуклой линзы выполнена непрозрачной для полного экранирования излучения, проходящего в приемный дальномерный
8
BY 11571 C1 2009.02.28
канал сквозь линзовый короткофокусный объектив, что обеспечивает подавление помех в
приемном дальномерном канале.
Предложена двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система)
(вариант 2), содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и
включающая светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, содержащий
три компонента, первый из которых по ходу лучей выполнен в виде обращенной выпуклостью к пространству предметов плоско-выпуклой линзы с вырезанной центральной зоной и кольцевым отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, второй в виде обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов мениска с вырезанной центральной зоной и внутренним отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, а третий - в виде линзового компенсатора полевых аберраций,
содержащего, по меньшей мере, две линзы, причем в вырезанной центральной зоне первого компонента установлен входящий вместе с первыми тремя компонентами в первый канал системы четвертый компонент, имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым
объективом, содержащий, по меньшей мере, три линзы и образующий вместе с третьим
компонентом короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого
совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива,
при этом первый, второй и третий компоненты выполнены с возможностью создания
крупномасштабного изображения объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты - с возможностью создания изображения 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 образует канал управления с рабочим спектральным диапазоном от 600 до 1000 нм для формирования изображения объекта на матричном фотоприемном устройстве, а второй канал образует приемный дальномерный
канал с рабочим спектральным диапазоном от 1530 до 1570 нм для фиксирования отраженных от объекта лазерных импульсов на инфракрасном фотоприемном устройстве, оба
канала содержат все указанные компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент, установленный на оптической оси непосредственно за третьим
компонентом по ходу лучей и выполненный в виде склеенной призмы с нанесенным
на внутреннюю склеенную поверхность, расположенную под углом к оптической оси,
спектроделительным покрытием, пропускающим излучение спектрального диапазона от
600 до 1000 нм на матричное фотоприемное устройство и отражающим излучение спектрального диапазона от 1530 до 1570 нм на инфракрасное фотоприемное устройство.
Канал управления содержит установленные соосно с ним и последовательно по ходу
лучей диафрагму поля зрения, установленную в общей плоскости изображений зеркальнолинзового и линзового короткофокусного объективов канала управления, и линзовый объектив переноса изображения для оптического сопряжения плоскости диафрагмы поля зрения с плоскостью матричного фотоприемного устройства, содержащий пятый и шестой
линзовые компоненты, между пятым и шестым линзовыми компонентами установлена
апертурная диафрагма, плоскость которой оптически сопряжена как с 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, апертурная диафрагма выполнена с возможностью поворота вокруг оси и с одним кольцевым отверстием с центральным экранированием и одним круглым отверстием, 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 фото9
BY 11571 C1 2009.02.28
приемное устройство сквозь зеркально-линзовый и линзовый короткофокусный объективы канала управления. Благодаря этому изображения объекта формируются поочередно в
разных масштабах, с разными угловыми полями зрения на одном матричном фотоприемном устройстве и не создают помех друг для друга. Этим не только обеспечивается переменное увеличение, существенно расширяющее диапазон действия канала управления без
увеличения габаритов, но и повышается помехозащищенность системы. Такой способ перемены увеличения в канале управления реализуется достаточно просто, повышает быстродействие и надежность системы.
Применение спектроделительного компонента для разделения излучения каналов по
спектру позволяет свести к минимуму потери 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 и обеспечить большую светосилу
и высокие уровни полезного сигнала, определяющие необходимую дальность действия
системы, как в канале управления, так и в приемном дальномерном канале. При этом достигается высокое качество изображения в обоих каналах за счет минимальных хроматических аберраций зеркально-линзового объектива в широком спектральном диапазоне.
Пятый и шестой линзовые компоненты содержат, по меньшей мере, три линзы каждый.
Система содержит перед четвертым линзовым компонентом со стороны пространства
предметов 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 канала управления.
Система содержит обращенную плоской стороной к пространству предметов плосковыпуклую линзу, установленную соосно с зеркально-линзовым объективом и приклеенную к грани спектроделительного компонента, обеспечивающей выход в приемный дальномерный канал излучения, отраженного от спектроделительного покрытия, а также
линзовый объектив, установленный за плоско-выпуклой линзой по ходу лучей и соосно с
ней на расстоянии, обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны
зеркально-линзового объектива, с возможностью фокусировки излучения на инфракрасном фотоприемном устройстве. Объектив вместе с плоско-выпуклой линзой составляют
оптику переноса изображения из задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива на инфракрасное фотоприемное устройство. Их введение позволяет обеспечить
требуемые оптические характеристики приемного дальномерного канала и более компактно разместить инфракрасное фотоприемное устройство.
Плоско-выпуклая линза может быть выполнена как одиночной, так и склеенной из
двух линз.
Центральная зона выпуклой поверхности плоско-выпуклой линзы выполнена непрозрачной для полного экранирования излучения, проходящего в приемный дальномерный
канал сквозь линзовый короткофокусный объектив, что обеспечивает подавление помех в
приемном дальномерном канале.
Система содержит защитный экран, установленный между пятым и шестым линзовыми компонентами с возможностью ввода/вывода из световой зоны канала управления и
обеспечивающий одновременное полное перекрытие излучения зеркально-линзового и
линзового короткофокусного объективов. Он служит для защиты матричного фотоприемного устройства от разрушающих естественных и организованных излучений.
Канал управления содержит второй спектроделительный компонент и фотоприемное
устройство синхронизации, при этом второй спектроделительный компонент установлен
между шестым линзовым компонентом и матричным фотоприемным устройством и выполнен в виде склеенной призмы с нанесенным на внутреннюю склеенную поверхность,
10
BY 11571 C1 2009.02.28
расположенную под углом к оптической оси, спектроделительным покрытием, отражающим излучение спектрального диапазона от 600 до 850 нм на матричное фотоприемное
устройство и пропускающим излучение спектрального диапазона от 850 до 1000 нм на
фотоприемное устройство синхронизации. Фотоприемное устройство синхронизации введено в канал управления для выработки импульсов, управляющих матричным фотоприемным устройством, что повышает помехозащищенность и надежность канала управления.
Система содержит диафрагму с отверстием, ограничивающим размер поля зрения канала управления, установленную между вторым спектроделительным компонентом и одним из фотоприемных устройств канала управления или обоими сразу.
При этом диафрагма выполнена с возможностью поворота вокруг оптической оси и с
двумя или более отверстиями разного размера для поочередного ограничения размера поля зрения канала управления в процессе одного цикла управления.
Предложена двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система)
(вариант 3), содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и
включающая светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, содержащий
три компонента, первый из которых по ходу лучей выполнен в виде обращенной выпуклостью к пространству предметов плоско-выпуклой линзы, второй - в виде обращенного
вогнутыми поверхностями к пространству предметов мениска с вырезанной центральной
зоной и внутренним отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, а третий - в виде линзового компенсатора полевых аберраций, содержащего, по меньшей мере,
две линзы, причем первый канал системы включает указанные три компонента.
Новым является то, что центральная зона второй по ходу лучей плоской поверхности
первого компонента выполнена со спектроделительным покрытием, полностью отражающим рабочий спектральный диапазон первого канала и полностью пропускающим рабочий спектральный диапазон второго канала, первый канал образует канал управления с
рабочим спектральным диапазоном от 600 до 1000 нм для фокусировки излучения, отраженного спектроделительным покрытием первого компонента, и формирования изображения объекта на матричном фотоприемном устройстве, установленном в фокальной
плоскости зеркально-линзового объектива за третьим по ходу лучей компонентом.
Второй канал образует приемный дальномерный канал с рабочим спектральным диапазоном от 1530 до 1570 нм и содержит четвертый компонент, установленный перед первым компонентом со стороны пространства предметов и выполненный в виде призмы
АР-90°, одна из катетных граней которой приклеена к центральной плоской части первой
поверхности первого компонента, за второй по ходу лучей катетной гранью призмы в
фокальной плоскости первого и второго компонентов установлено инфракрасное фотоприемное устройство, удаленное от призмы на расстояние, обеспечивающее отсутствие
экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива.
Между призмой АР-90° и инфракрасным фотоприемным устройством установлены
поворотное зеркало и линзовый объектив, обеспечивающие перенос изображения из задней фокальной плоскости первого и второго компонентов на инфракрасное фотоприемное
устройство и удаленные от призмы на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива.
В третьем варианте системы существенно упрощена оптическая схема, уменьшено количество компонентов в каналах и повышена помехозащищенность по сравнению с прототипом. Это достигнуто за счет расположения призмы АР-90° в зоне экранирования
первого компонента зеркально-линзового объектива и введения спектроделительного покрытия для разделения канала управления и приемного дальномерного канала по рабочим
спектральным диапазонам с минимальными потерями полезных сигналов в обоих каналах.
При этом сохраняются большая светосила и дифракционное качество изображения в
канале управления и приемном дальномерном канале благодаря минимальным хромати11
BY 11571 C1 2009.02.28
ческим аберрациям зеркально-линзового объектива в широком спектральном диапазоне
(от 600 до 1000 нм и от 1530 до 1570 нм), определяющим 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 приведена оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы в
первом варианте исполнения с оптикой переноса изображения в ПДК.
На фиг. 3 приведена 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 приведена оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы в
третьем варианте исполнения с оптикой переноса изображения в приемном дальномерном
канале.
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 компоненты 1, 2, 3. Компонент 1 выполнен в виде обращенной
выпуклостью к пространству предметов плоско-выпуклой линзы с вырезанной центральной зоной и кольцевым отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности,
компонент 2 - в виде обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов
мениска с вырезанной центральной зоной и внутренним отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, компонент 3 - в виде линзового компенсатора полевых
аберраций. Компонент 3 содержит три линзы.
В вырезанной центральной зоне компонента 1 установлен входящий вместе с компонентами 1-3 в первый канал системы компонент 4, имеющий с ними общую визирную ось.
Компонент 4 содержит 4 линзы, две из которых склеенные, и образует с компонентом 3
короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива 1-3. Компоненты
1-4 входят в первый канал системы. Зеркально-линзовый объектив 1-3 выполнен с возможностью создания крупномасштабного изображения объекта в узком поле зрения, а короткофокусный линзовый объектив 4-3 - с возможностью создания изображения мелкого
масштаба в широком поле зрения в первом канале системы на одном и том же фотоприемном устройстве (ФПУ), обеспечивая переменное увеличение и расширяя диапазон действия первого канала.
Первый канал 1-4 образует канал управления с рабочим спектральным диапазоном от
600 до 1000 нм для формирования изображения объекта на матричном ФПУ, а второй
12
BY 11571 C1 2009.02.28
канал образует приемный дальномерный канал с рабочим спектральным диапазоном от
1530 до 1570 нм для фиксирования отраженных от объекта лазерных импульсов на инфракрасном ФПУ.
Оба канала содержат компоненты 1-4 зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент 5, установленный на оптической оси между компонентом 3 и матричным ФПУ. Компонент 5 служит для разделения каналов по спектру с минимальными
потерями полезного сигнала в каждом из них и выполнен в виде склеенной призмы с нанесенным на внутреннюю склеенную поверхность, расположенную под углом 45° к оптической оси, спектроделительным покрытием. Покрытие пропускает излучение спектрального диапазона от 600 до 1000 нм на матричное ФПУ и отражает излучение спектрального
диапазона от 1530 до 1570 нм на инфракрасное ФПУ. Система содержит раздвижную
кольцевую непрозрачную диафрагму 6, расположенную на оси канала управления между
компонентами 1 и 2, и непрозрачный экран 7, установленный перед компонентом 4 со
стороны пространства предметов с возможностью ввода/вывода из световой зоны короткофокусного линзового объектива 4-3, для поочередного перекрытия излучения, попадающего на матричное ФПУ 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. Этим не только существенно расширяется диапазон действия канала
управления без увеличения габаритов, но и повышается помехозащищенность системы.
Использование одного общего дорогостоящего матричного ФПУ так же, как и вычислительного и электронного устройств обработки сигнала позволяет снизить стоимость системы.
Система содержит между непрозрачным экраном 7 и компонентом 4, расположенным
в зоне центрального экранирования компонента 1, 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 4-3 объективов канала управления.
На фиг. 2 изображена модификация системы в первом варианте исполнения, в которой
в приемный дальномерный канал введена обращенная плоской стороной к пространству
предметов плоско-выпуклая линза 9, установленная соосно с зеркально-линзовым объективом 1-3 и приклеенная к грани спектроделительного компонента 5, обеспечивающей
выход в приемный дальномерный канал излучения, отраженного от спектроделительного
покрытия. Плоско-выпуклая линза 9 выполнена склеенной из двух одиночных линз.
Спектроделительное покрытие нанесено на внутренней склеенной поверхности компонента 5, составляющей с осью оптической системы угол 67,5°. Также введен линзовый
объектив 10, установленный за линзой 9 по ходу лучей и соосно с ней на расстоянии,
обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива 1-3, с возможностью фокусировки излучения на инфракрасном (ИК) ФПУ.
Объектив 10 вместе с линзой 9 составляют оптику переноса изображения из задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива 1-3 на ИК ФПУ. Их введение позволяет обеспечить требуемые оптические характеристики приемного дальномерного канала и
более компактно разместить ИК ФПУ. Для подавления помех в приемном дальномерном
канале из-за попадания на ИК ФПУ излучения спектрального диапазона от 1530 до 1570
нм сквозь линзовый короткофокусный объектив 4-3 центральная зона выпуклой поверхности 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 компоненты 1, 2, 3. Компонент 1 выполнен в
13
BY 11571 C1 2009.02.28
виде обращенной выпуклостью к пространству предметов плоско-выпуклой линзы с вырезанной центральной зоной и кольцевым отражающим покрытием на второй по ходу
лучей поверхности, компонент 2 - в виде обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов мениска с вырезанной центральной зоной и внутренним отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, компонент 3 - в виде линзового
компенсатора полевых аберраций из трех линз.
В вырезанной центральной зоне компонента 1 установлен входящий вместе с компонентами 1, 2, 3 в первый канал системы компонент 4, имеющий с ними общую визирную
ось. Компонент 4 содержит 4 линзы, две из которых склеенные, и образует с компонентом
3 короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с
плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива 1-3. Компоненты 1-4 входят в первый канал системы. Зеркально-линзовый объектив 1-3 выполнен с
возможностью создания крупномасштабного изображения объекта в узком поле зрения, а
короткофокусный линзовый объектив 4-3 - с возможностью создания изображения мелкого масштаба в широком поле зрения в первом канале системы на одном и том же фотоприемном устройстве (ФПУ), обеспечивая переменное увеличение и расширяя диапазон
действия первого канала.
Первый канал 1-4 образует канал управления с рабочим спектральным диапазоном от
600 до 1000 нм для формирования изображения объекта на матричном ФПУ, а второй
канал образует приемный дальномерный канал с рабочим спектральным диапазоном от
1530 до 1570 нм для фиксирования отраженных от объекта лазерных импульсов на инфракрасном ФПУ.
Оба канала содержат 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. Компонент 5 установлен на оптической оси
непосредственно за компонентом 3 по ходу лучей и выполнен в виде склеенной призмы с
нанесенным на внутреннюю склеенную поверхность, расположенную под углом 67,5° к
оптической оси, спектроделительным покрытием. Покрытие пропускает излучение спектрального диапазона от 600 до 1000 нм на матричное ФПУ и отражает излучение спектрального диапазона от 1530 до1570 нм на ИК ФПУ.
Использование в обоих каналах одних и тех же элементов зеркально-линзового объектива 1-3 и спектороделительного компонента 5 позволяет упростить систему, уменьшить
количество компонентов и массо-габаритные характеристики и обеспечить большую светосилу и высокие уровни полезного сигнала, определяющие необходимую дальность действия системы, как в канале управления, так и в приемном дальномерном канале. При
этом достигается высокое качество изображения в обоих каналах за счет минимальных
хроматических аберраций зеркально-линзового объектива 1-3 в широком спектральном
диапазоне.
Канал управления содержит установленные соосно с ним и последовательно по ходу
лучей диафрагму поля зрения 6, установленную в общей плоскости изображений зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного объективов 4-3 канала управления, и
линзовый объектив переноса изображения для оптического сопряжения плоскости диафрагмы поля зрения 6 с плоскостью матричного ФПУ, содержащий линзовые компоненты
7 и 8. Компонент 7 состоит из пяти одиночных линз и включает в себя светофильтр, блокирующий коротковолновый нерабочий участок спектра канала управления, компонент 8
состоит из пяти одиночных линз.
Между компонентами 7 и 8 установлена апертурная диафрагма 9, плоскость которой
оптически сопряжена как с входным зрачком зеркально-линзового объектива 1-3, имеющим кольцевую форму с центральным экранированием, так и с 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.
14
BY 11571 C1 2009.02.28
Апертурная диафрагма 9 (фиг. 4 (а) и 4 (б)) выполнена с возможностью поворота вокруг своей оси и с одним кольцевым отверстием а с центральным экранированием и одним круглым отверстием b, конфигурация и размеры которых соответствуют поперечным
сечениям пучков зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного 4-3 объективов
в плоскости апертурной 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 канала
управления. 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 канала управления без увеличения габаритов, но и
повышается помехозащищенность системы. Такой способ перемены увеличения в канале
управления реализуется достаточно просто, повышает быстродействие и надежность системы.
Перед компонентом 4 со стороны пространства предметов (фиг. 3), 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 зеркальнолинзового 1 -3 и линзового короткофокусного 4-3 объективов канала управления.
Система содержит обращенную плоской стороной к пространству предметов плосковыпуклую линзу 11, установленную соосно с зеркально-линзовым объективом 1-3 и приклеенную к грани спектроделительного компонента 5, обеспечивающей выход в приемный дальномерный канал излучения, отраженного от спектроделительного покрытия.
Линзовый объектив 12, установленный за линзой 11 по ходу лучей и соосно с ней на расстоянии, обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркальнолинзового объектива 1-3, с возможностью фокусировки излучения на ИК ФПУ. Объектив
12 вместе с линзой 11 составляют оптику переноса изображения из задней фокальной
плоскости зеркально-линзового объектива 1-3 на ИК ФПУ. Их введение позволяет обеспечить требуемые оптические характеристики приемного дальномерного канала и более
компактно разместить ИК ФПУ.
Плоско-выпуклая линза 11 выполнена склеенной из двух одиночных линз.
Для подавления помех в приемном дальномерном канале из-за попадания на ИК ФПУ
излучения спектрального диапазона от 1530 до 1570 нм сквозь линзовый короткофокусный объектив 4-3 центральная зона выпуклой поверхности линзы 11, в пределах которой
проходит указанное излучение, выполнена непрозрачной для его полного экранирования.
Система содержит защитный экран 13, установленный между компонентами 7 и 8 с
возможностью ввода/вывода из световой зоны канала управления и обеспечивающий одновременное полное перекрытие излучения зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного 4-3 объективов. Он служит для защиты матричного ФПУ от разрушающих
естественных и организованных излучений.
Канал управления содержит второй спектроделительный компонент 14 и ФПУ синхронизации. Компонент 14 расположен между компонентом 8 и матричным ФПУ и выполнен в виде склеенной призмы с нанесенным на внутреннюю склеенную поверхность,
расположенную под углом 67,5° к оптической оси, спектроделительным покрытием, отражающим излучение спектрального диапазона от 600 до 850 нм на матричное ФПУ и
пропускающим излучение спектрального диапазона от 850 до 1000 нм на ФПУ синхронизации. ФПУ синхронизации введено в канал управления для выработки импульсов,
управляющих матричным ФПУ, и повышает помехозащищенность и надежность канала
управления.
Система содержит диафрагму 15 с отверстием, ограничивающим размер поля зрения
канала управления, установленную между спектроделительным компонентом 14 и одним
из ФПУ канала управления или обоими сразу.
15
BY 11571 C1 2009.02.28
При этом диафрагма 15 выполнена с возможностью поворота вокруг своей оси и с
двумя или более отверстиями разного размера для поочередного ограничения поля зрения
канала управления в процессе одного цикла управления.
Система в третьем варианте исполнения (фиг. 5) содержит первый и второй каналы,
имеющие общую визирную ось, и включает светосильный длиннофокусный зеркальнолинзовый объектив, содержащий установленные по ходу луча компоненты 1, 2, 3. Компонент 1 выполнен в виде обращенной выпуклостью к пространству предметов плосковыпуклой линзы, компонент 2 - в виде обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов мениска с вырезанной центральной золой и внутренним отражающим покрытием на второй по ходу лучей поверхности, а компонент 3 - в виде линзового
компенсатора полевых аберраций, содержащего три линзы.
При этом первый канал системы включает компоненты 1-3 зеркально-линзового объектива.
Центральная зона второй по ходу лучей плоской поверхности компонента 1 выполнена со спектроделительным покрытием, полностью отражающим рабочий спектральный
диапазон первого канала и полностью пропускающим рабочий спектральный диапазон
второго канала. Первый канал образует канал управления с рабочим спектральным диапазоном от 600 до 1000 нм для фокусировки излучения, отраженного спектроделительным
покрытием компонента 1, и формирования изображения объекта на матричном фотоприемном устройстве (ФПУ), установленном в фокальной плоскости зеркально-линзового
объектива 1-3 за компонентом 3 по ходу лучей.
Второй канал образует приемный дальномерный канал с рабочим спектральным диапазоном от 1530 до 1570 нм и содержит компонент 4, установленный перед компонентом
1 со стороны пространства предметов и выполненный в виде призмы АР-90°. Одна из катетных граней призмы приклеена к центральной плоской части первой поверхности компонента 1, за второй по ходу лучей катетной гранью призмы в фокальной плоскости
компонентов 1 и 2 установлено инфракрасное (ИК) ФПУ. ИК ФПУ введено для фиксирования отраженных от объекта лазерных импульсов и 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 и 6 позволяет обеспечить требуемые
оптические характеристики приемного дальномерного канала 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.
В третьем варианте системы существенно упрощена схема, уменьшены количество
компонентов в каналах и повышена помехозащищенность по сравнению с прототипом.
Это достигнуто за счет расположения компонента 4 в зоне экранирования компонента 1
зеркально-линзового объектива 1-3 и введения спектроделительного покрытия для разделения канала управления и приемного дальномерного канала по рабочим спектральным
диапазонам с минимальными потерями полезных сигналов в обоих каналах.
При этом сохраняются большая светосила и дифракционное качество изображения в
канале управления и приемном дальномерном канале благодаря минимальным хроматическим аберрациям зеркально-линзового объектива в широком спектральном диапазоне
(от 600 до 1000 нм и от 1530 до 1570 нм), определяющим разрешающую способность и
дальность действия системы.
Система в первом варианте исполнения (фиг. 1) работает следующим образом.
16
BY 11571 C1 2009.02.28
Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона канала управления от
600 до 1000 нм, идущее от удаленного объекта, и импульсное излучение рабочего спектрального диапазона приемного дальномерного канала от 1530 до 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 от 600 до 1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 5 и фокусируется, образуя крупномасштабное изображение
объекта на фоточувствительной площадке матричного ФПУ канала управления.
Излучение спектрального диапазона от 1530 до 1570 нм отражается от спектроделительного покрытия компонента 5 и фокусируется на фоточувствительной площадке ИК
ФПУ приемного дальномерного канала.
В модификации первого варианта системы, изображенной на фиг. 2, излучение спектрального диапазона от 1530 до 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 обоих каналов системы, 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 от 600 до 1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 5 и фокусируется, образуя мелкомасштабное изображение
объекта на фоточувствительной площадке матричного ФПУ канала управления. Излучение спектрального диапазона от 1530 до 1570 нм отражается от спектроделительного покрытия компонента 5 и фокусируется на фоточувствительной площадке ИК ФПУ
приемного дальномерного канала, как показано на фиг. 1.
В модификации первого варианта системы, изображенной на фиг. 2, излучение спектрального диапазона от 1530 до 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 канала управления от
600 до 1000 нм, идущее от удаленного объекта, если диафрагма 9 находится в положении
1 (фиг. 4 (б)), при котором она пропускает излучение через длиннофокусный зеркальнолинзовый объектив 1-3 и полностью экранирует излучение через короткофокусный линзовый объектив 4-3, проходит последовательно компоненты 1, 2, отражается 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 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 от
600 до 850 нм, и снова фокусируется, образуя крупномасштабное изображение объекта на
фоточувствительной площадке матричного ФПУ канала управления. Излучение спек17
BY 11571 C1 2009.02.28
трального диапазона от 850 до 1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие
компонента 14 и фокусируется на фоточувствительной площадке ФПУ синхронизации,
управляющего работой матричного ФПУ.
Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона канала управления от
600 до 1000 нм, идущее от удаленного объекта, если диафрагма 9 находится в положении
2 (фиг. 4 (б)), при котором она экранирует излучение через длиннофокусный зеркальнолинзовый 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 от
600 до 850 нм и снова фокусируется, образуя мелкомасштабное изображение объекта на
фоточувствительной площадке матричного ФПУ канала управления. Излучение спектрального диапазона от 850 до 1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие
компонента 14 и фокусируется на фоточувствительной площадке ФПУ синхронизации,
управляющего работой матричного ФПУ.
Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона приемного дальномерного
канала от 1530 до 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 приемного дальномерного канала от
1530 до 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 канала управления от
600 до 1000 нм, идущее от удаленного объекта, и импульсное излучение рабочего спектрального диапазона приемного дальномерного канала от 1530 до 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 канала управления от 600 до 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 канала управления.
Излучение рабочего спектрального диапазона приемного дальномерного канала от
1530 до 1570 нм проходит сквозь 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.
Или, как показано на фиг. 6, излучение рабочего спектрального диапазона приемного
дальномерного канала от 1530 до 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 табл. 1-6 приведены конструктивные параметры оптических
систем канала управления и приемного дальномерного канала, а также их ЧКХ и ФКЭ,
подтверждающие высокое качество изображения в обоих каналах.
18
BY 11571 C1 2009.02.28
Таблица 1
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 от 0,6 до 0,85 мкм
Поз.
№ пов.
R
d
Марка стекла
1
1
287,7
7,2
Кварц. стекло
2
0
72,18
1
2
3
-173,78
6,2
Кварц. Стекло
4
264,2
-6,2
- Кварц. стекло
3
-173,78
-72,18
-1
1
2
0
39,613
1
3
5
0
2
БФ6
6
15,453
8,9
1
7
14,997
3,1
К8
8
-56,43
2,5
1
9
8,995
1,5
К8
10
11,169
3,436
1
10
11
0
6,7
ТК21
12
0
3,472
1
6
13
-443,6
3,5
ТК21
14
-7,907
1,7
1
15
-5,345
1,5
ТФ5
16
-28,25
2,55
1
17
-6,081
3
ТК21
18
-6,885
0,3
1
19
221,8
1,8
ТФ5
20
18,88
1
1
21
22,28
5
ТК21
22
-16,643
0,1
1
23
0
3
К8
24
0
11,65
1
7
25
-231,2
3,6
ТК21
26
-23,12
1,7
1
27
-14,997
1,5
ТФ5
28
-28,25
0,3
1
29
12,134
5,4
ТК21
30
-87,9
2,3
1
31
-28,25
1,5
ТФ5
32
10,116
2,3
1
33
26,12
3,4
ТК21
34
-19,77
2,9
1
12
35
0
14,2
ТК21
36
0
5,26
1
Таблица 2
Полихроматические коэффициенты передачи модуляции зеркально-линзового
длиннофокусного КУ (f' = 164,5 мм)
Величина изображения У', мм
ПространственУ'
= 1,2
У' = 2,4
-1
ная частота, мм
У' = 0
мер
саг
мер
саг
30
0,88
0,8
0,84
0,72
0,82
60
0,74
0,6
0,65
0,39
0,53
19
BY 11571 C1 2009.02.28
Таблица 3
Конструктивные параметры линзового короткофокусного КУ (f = 27,76 мм, диаметр
входного зрачка D = 7,1 мм, D : f' = 1 : 3,9, угловое поле зрения в пространстве
предметов 2W = 9 × 13,5°, спектральный интервал от 0,6 до 0,85 мкм
Поз.
№ пов.
R
d
Марка стекла
4
1
-16,144
1
ТК16
2
7,278
2,35
ТФ5
3
15,922
4,5
1
4
-79,07
2,2
ТК21
5
-12,706
2
1
6
-8,71
1
ТФ5
7
23,77
4,5
ТК21
8
-13,243
0,4
1
9
62,52
4
ТК21
10
-20,89
36,465
1
3
11
0
2
БФ6
12
15,453
8,9
1
13
14,997
3,1
К8
14
-56,43
2,5
15
8,995
1,5
К8
16
11,169
3,436
1
10
11
0
6,7
ТК21
12
0
3,472
1
6
13
-443,6
3,5
ТК21
14
-7,907
1,7
1
15
-5,345
1,5
ТФ5
16
-28,25
2,55
1
17
-6,081
3
ТК21
18
-6,885
0,3
1
19
221,8
1,8
ТФ5
20
18,88
1
1
21
22,28
5
ТК21
22
-16,643
0,1
1
23
0
3
К8
24
0
11,65
1
7
25
-231,2
3,6
ТК21
26
-23,12
1,7
1
27
-14,997
1,5
ТФ5
28
-28,25
0,3
1
29
12,134
5,4
ТК21
30
-87,9
2,3
1
31
-28,25
1,5
ТФ5
32
10,116
2,3
1
33
26,12
3,4
ТК21
34
-19,77
2,9
1
12
35
0
14,2
ТК21
36
0
5,26
1
20
BY 11571 C1 2009.02.28
Таблица 4
Полихроматические коэффициенты передачи модуляции линзового КУ (f' = 27,76 мм)
Величина изображения У', мм
ПространственУ'
=
1,65
У' = 3,3
ная частота, мм-1 У' = 0
мер
саг
мер
саг
30
0,81
0,8
0,82
0,75
0,79
60
0,62
0,6
0,63
0,52
0,6
Таблица 5
Конструктивные параметры ПДК (f' = 110 мм, диаметр входного зрачка D = 72 мм,
D : f' = 1 : 1,54, Dэф : f' = 1 : 1,8, угловое поле зрения в пространстве предметов
2W = 6', спектральный интервал от 1,53 до 1,57 мкм
Поз.
№ пов.
R
d
Марка стекла
1
1
287,7
7,2
Кварц. стекло
2
0
72,18
1
2
-173,78
6,2
Кварц. стекло
4
264,2
-6,2
-Кварц. стекло
-173,78
-72,18
-1
1
2
0
39,613
1
3
5
0
2
БФ6
6
15,453
8,9
1
7
14,997
3,1
К8
8
-56,43
2,5
1
9
8,995
1,5
К8
10
11,169
3,436
1
10
11
0
19,71
ТК21
12
0
0,6
ТФ5
14
13
8,71
2,8
ТК21
14
-9,036
36
1
15
15
9,9465
1,1
ТФ5
16
7,179
1
1
17
8,091
4,3
ТК21
19
-7,179
1
ТФ5
20
0
0,5
1
21
4,5
2
ТК21
22
5,943
3,922
1
Таблица 6
Значения концентрации энергии в плоскости изображения ПДК (f' = 110 мм), %
Поле зрения
в пространстве
предметов,
угл. мин.
0
30
Концентрация энергии в % в кружке диаметра Д, мкм
Д = 10
Д = 20
Д = 30
55,6
51,2
85
82,5
90,6
90,6
21
BY 11571 C1 2009.02.28
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, МПК G 02B 17/08, G 02B 13/16. Двухканальный зеркальнолинзовый объектив. Варианты / П.В. Журавлев, Г.И. Косолапов, Т.Н. Хацевич. - 2005.
3. Волков В.Г., Кощавцев Н.Ф., Лелейкин В.И. Переносной комбинированный прибор
всепогодного и круглосуточного действия // Прикладная физика. - 5. - 2003 (прототип).
Фиг. 2
Фиг. 3
22
BY 11571 C1 2009.02.28
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
23
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
668 Кб
Теги
by11571, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа