RU150182U1

RU150182U1 - HEAT DETECTOR-FAR

Info

Publication number: RU150182U1
Application number: RU2014138573/28U
Authority: RU
Inventors: Ирина Валерьевна Попова; Галина Ивановна Цуканова; Алексей Сергеевич Гаршин; Геннадий Иванович Курнель; Марина Германовна Егорова; Дмитрий Игоревич Егоров
Original assignee: Открытое акционерное общество "ГИРООПТИКА" (ОАО "ГИРООПТИКА")
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2015-02-10

Abstract

Теплопеленгатор-дальномер, содержащий зеркальный объектив, включающий главное вогнутое асферическое зеркало и вторичное выпуклое асферическое зеркало, линзу-коллектив, расположенную в непосредственной близости перед задней фокальной плоскостью зеркального объектива, общий объектив для среднего и дальнего инфракрасных диапазонов, первый спектроделитель, выполненный в виде наклонной плоскопараллельной пластинки, расположенный после общего объектива в параллельном пучке лучей, объектив среднего инфракрасного диапазона, установленный после первого спектроделителя, приёмник излучения среднего инфракрасного диапазона с охлаждаемой диафрагмой, объектив дальнего инфракрасного диапазона, установленный после первого спектроделителя, приёмник излучения дальнего инфракрасного диапазона с охлаждаемой диафрагмой, второй спектроделитель, выполненный в виде плоскопараллельной пластинки и установленный между главным вогнутым и вторичным выпуклым зеркалами, перпендикулярно оптической оси, отличающийся тем, что введён объектив приёмного канала лазерного дальномера, установленный после второго спектроделителя и включающий последовательно расположенные по ходу лучей первую, вторую и третью одиночные линзы, причём первая и вторая одиночные линзы выполнены в виде положительных менисков, обращенных к плоскости изображения вогнутой стороной, а третья линза выполнена плосковыпуклой и обращена к изображению плоской стороной; введён иммерсионный приёмник отражённого лазерного излучения, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, на первую поверхность которой напылён фоточувствительный слой.A range finder containing a mirror lens, including a main concave aspherical mirror and a secondary convex aspherical mirror, a collective lens located in close proximity to the rear focal plane of the mirror lens, a common lens for the middle and far infrared ranges, the first spectrometer, made in the form of an oblique a plane-parallel plate located after a common lens in a parallel beam of rays, a mid-infrared lens, mounted after the first spectrometer, a medium infrared receiver with a cooled diaphragm, a far infrared lens mounted after the first spectrometer, a far infrared receiver with a cooled diaphragm, a second spectrometer made in the form of a plane-parallel plate and mounted between the main concave and secondary convex mirrors perpendicular to the optical axis, characterized in that the lens of the receiving channel of the laser range finder is inserted, anovlenny after the second beamsplitters and comprising successively arranged along the beam first, second and third single lens, with the first and second single lens are formed as positive meniscus facing to the image plane with the concave side and the third lens is formed plano and faces the image plane side; An immersion detector of reflected laser radiation was introduced, made in the form of a plane-parallel plate, on the first surface of which a photosensitive layer was sprayed.

Description

Полезная модель относится к области оптико-электронного приборостроения, в частности, к многоканальным оптико-электронным системам, и может быть использована в тепловизионных приборах и оптико-электронных устройствах измерения дальности.The utility model relates to the field of optoelectronic instrumentation, in particular, to multi-channel optoelectronic systems, and can be used in thermal imaging devices and optoelectronic range measuring devices.

Известна многоспектральная зеркально-линзовая оптическая система [United States Patent №5,841,574 от Nov. 24, 1998 г.], содержащая главное вогнутое асферическое зеркало, вторичное выпуклое асферическое зеркало, спектроделитель в виде наклонной плоскопараллельной пластины, установленной перед фокальной плоскостью двухзеркальной системы, децентрированный входной зрачок, использующий неэкранированную часть зеркальной системы, и оптические системы в видимом и РЖ каналах. В ИК канале используется охлаждаемый приемник изображения с апертурной диафрагмой внутри приемника.Known multispectral specular-lens optical system [United States Patent No. 5,841,574 from Nov. 24, 1998], containing a main concave aspherical mirror, a secondary convex aspherical mirror, a spectrometer in the form of an inclined plane-parallel plate mounted in front of the focal plane of a two-mirror system, a decentralized entrance pupil using the unshielded part of the mirror system, and optical systems in the visible and RH channels . The IR channel uses a cooled image receiver with an aperture diaphragm inside the receiver.

Признаки аналога совпадают со следующими признаками полезной модели: объектив содержит главное вогнутое и вторичное выпуклое асферические зеркала, спектроделитель представляет собой наклонную плоскопараллельную пластину, один из каналов - среднего ИК диапазона (3-5 мкм) - содержит охлаждаемый приемник изображения.The features of the analogue coincide with the following features of the utility model: the lens contains the main concave and secondary convex aspherical mirrors, the spectrum splitter is an inclined plane-parallel plate, one of the channels - the mid-IR range (3-5 μm) - contains a cooled image receiver.

К недостаткам известного аналога можно отнести следующее: во-первых, использование в качестве спектроделителя плоскопараллельной пластины в сходящемся пучке лучей вносит аберрации нецентрированной системы, во-вторых, система имеет невысокую светосилу (относительное отверстие 1:5), в-третьих, система не имеет приемного канала отраженного лазерного излучения.The disadvantages of the known analogue include the following: firstly, using a plane-parallel plate as a spectrodivider in a converging beam of rays introduces aberrations of an off-center system, secondly, the system has a low aperture ratio (relative aperture 1: 5), and thirdly, the system does not have receiving channel of reflected laser radiation.

Другим аналогом может являться оптическая система [Патент на ПМ №118079 Респ. Беларусь, МПК G02B 23/00 / В.В. Щановский, О.С. Завойчинская, H.А. Черняк, Л.В. Анохина; заявитель и патентообладатель ОАО «Пеленг»], содержащая главное вогнутое асферическое зеркало, вторичное выпуклое асферическое зеркало, трехлинзовый компенсатор, три преобразователя фокусного расстояния и фотоприемники.Another analogue may be an optical system [Patent on PM No. 118079 Rep. Belarus, IPC G02B 23/00 / V.V. Shchanovsky, O.S. Zavoychinskaya, H.A. Chernyak, L.V. Anokhin; Applicant and patent holder of OJSC "Peleng"], containing the main concave aspherical mirror, a secondary convex aspherical mirror, a three-lens compensator, three converters of focal length and photodetectors.

Признаки данного аналога совпадают со следующими характеристиками полезной модели: оптическая система содержит главное вогнутое и вторичное выпуклое асферические зеркала.The features of this analogue coincide with the following characteristics of the utility model: the optical system contains the main concave and secondary convex aspherical mirrors.

К недостаткам можно отнести следующее: во-первых, оптическая система не имеет каналов среднего и дальнего ИК диапазонов, во-вторых, система имеет невысокое значение относительного отверстия (1:1.46).The disadvantages include the following: firstly, the optical system does not have channels of the middle and far IR ranges, and secondly, the system has a low relative aperture value (1: 1.46).

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является трехканальная зеркально-линзовая оптическая система [Патент на ПМ №136198 РФ, МПК G02B 17/00 / И.В. Попова, Г.И. Цуканова, А.С. Гаршин, Г.И. Курнель, М.Г. Егорова; заявитель и патентообладатель ОАО «ГИРООПТИКА»], содержащая главное вогнутое асферическое зеркало, вторичное выпуклое асферическое зеркало, первый спектроделитель в виде наклонной плоскопараллельной пластины, установленной перед фокальной плоскостью двухзеркальной системы, второй спектроделитель, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, установленный между главным и вторичным зеркалами зеркальной системы, общий объектив для среднего и дальнего инфракрасных диапазонов, линзу коллектив и объективы среднего и дальнего ИК диапазонов. В ИК каналах используются охлаждаемые приемники изображения с апертурной диафрагмой внутри приемника.The closest analogue to the proposed utility model for the combination of essential features is a three-channel mirror-lens optical system [Patent PM PM No. 136198 of the Russian Federation, IPC G02B 17/00 / I.V. Popova, G.I. Tsukanova, A.S. Garshin, G.I. Kurnel, M.G. Egorova; Applicant and patent holder of JSC “GYROOOPTICA”], containing the main concave aspherical mirror, the secondary convex aspherical mirror, the first spectro-divider in the form of an inclined plane-parallel plate mounted in front of the focal plane of the two-mirror system, the second spectro-divider, made in the form of a plane-parallel plate, mounted between the main and the second mirrors, mounted between the main and mirror system, a common lens for the middle and far infrared ranges, a collective lens and medium and far infrared lenses Bands. IR channels use cooled image receivers with an aperture diaphragm inside the receiver.

Признаки прототипа совпадают со следующими признаками предлагаемой полезной модели:The features of the prototype coincide with the following features of the proposed utility model:

- оптическая система содержит главное вогнутое и вторичное выпуклое асферические зеркала;- the optical system contains the main concave and secondary convex aspherical mirrors;

- первый спектроделитель представляет собой наклонную плоскопараллельную пластину;- the first spectrodivider is an inclined plane-parallel plate;

- второй спектроделитель представляет собой плоскопараллельную пластину, установленную перпендикулярно оптической оси в сходящемся пучке лучей;- the second spectrodivider is a plane-parallel plate mounted perpendicular to the optical axis in a converging beam of rays;

- каналы среднего (3-5 мкм) и дальнего (8-12 мкм) диапазонов содержат охлаждаемые приемники изображения.- channels of the middle (3-5 microns) and far (8-12 microns) ranges contain cooled image receivers.

К недостаткам прототипа можно отнести следующее:The disadvantages of the prototype include the following:

- система не может использоваться для измерения дальности (расстояние до наблюдаемого объекта, как правило, определяется отдельным прибором - лазерным дальномером).- the system cannot be used for measuring range (the distance to the observed object is usually determined by a separate device - a laser range finder).

Задачей полезной модели, как технического решения, является расширение функциональных возможностей системы путем введения в ее состав приемного канала лазерного дальномера, с целью измерения дальности.The objective of the utility model, as a technical solution, is to expand the functionality of the system by introducing into its composition the receiving channel of a laser rangefinder, in order to measure range.

Технические результаты получены за счет того, что в зеркально-линзовую оптическую систему, содержащую зеркальный объектив, включающий главное вогнутое асферическое зеркало и вторичное выпуклое асферическое зеркало, линзу-коллектив, расположенную в непосредственной близости перед задней фокальной плоскостью зеркального объектива, общий объектив для среднего и дальнего инфракрасных диапазонов, первый спектроделитель, выполненный в виде наклонной плоскопараллельной пластинки, расположенный после общего объектива в параллельном пучке лучей, объектив среднего инфракрасного диапазона, установленный после первого спектроделителя, приемник излучения среднего инфракрасного диапазона с охлаждаемой диафрагмой, объектив дальнего инфракрасного диапазона, установленный после первого спектроделителя, приемник излучения дальнего инфракрасного диапазона с охлаждаемой диафрагмой, второй спектроделитель, выполненный в виде плоскопараллельной пластинки и установленный между главным вогнутым и вторичным выпуклым зеркалами перпендикулярно оптической оси, может быть введен объектив приемного канала лазерного дальномера, установленный после второго спектроделителя и включающий последовательно расположенные по ходу лучей первую, вторую и третью одиночные линзы, причем первая и вторая одиночные линзы могут быть выполнены в виде положительных менисков, обращенных к плоскости изображения вогнутой стороной, а третья линза может быть выполнена плосковыпуклой и обращена к изображению плоской стороной. Кроме этого, может быть введен иммерсионный приемник отраженного лазерного излучения, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, на первую поверхность которой напылен фоточувствительный слой.The technical results were obtained due to the fact that in a specular-lens optical system containing a specular lens, including a main concave aspherical mirror and a secondary convex aspherical mirror, a collective lens located in close proximity to the rear focal plane of the mirror lens, a common lens for the middle and far infrared ranges, the first spectrometer, made in the form of an inclined plane-parallel plate, located after a common lens in a parallel beam e rays, a mid-infrared lens mounted after the first spectrometer, a middle infrared radiation receiver with a cooled aperture, a far infrared lens mounted after the first spectrometer, a far infrared radiation receiver with a cooled diaphragm, a second spectrometer made in the form of a plane-parallel plate and installed between the main concave and secondary convex mirrors perpendicular to the optical axis, can be entered the lens of the receiving channel of the laser range finder, installed after the second spectrometer and including the first, second and third single lenses sequentially located along the rays, the first and second single lenses can be made in the form of positive menisci facing the image plane with a concave side, and the third lens can be made convex and face the image with the flat side. In addition, an immersion receiver of reflected laser radiation can be introduced, made in the form of a plane-parallel plate, on the first surface of which a photosensitive layer is sprayed.

При введении объектива приемного канала лазерного дальномера и иммерсионного приемника отраженного лазерного излучения достигается не только прием отраженного лазерного излучения, но и увеличение дальности работы лазерного дальномера, за счет увеличения относительного отверстия системы.With the introduction of the lens of the receiving channel of the laser rangefinder and the immersion receiver of the reflected laser radiation, not only the reception of the reflected laser radiation is achieved, but also the range of the laser rangefinder is increased by increasing the relative aperture of the system.

На чертеже представлена оптическая схема теплопеленгатора-дальномера.The drawing shows an optical diagram of a heat finder-range finder.

Теплопеленгатор-дальномер содержит следующие элементы: зеркальный объектив, включающий главное вогнутое асферическое зеркало 1 и вторичное выпуклое зеркало 2; линзовый объектив A приемного канала лазерного дальномера, включающий положительные мениски 3 и 4, обращенные к плоскости изображения вогнутой стороной, и плосковыпуклую линзу 5, обращенную к изображению плоской стороной; иммерсионный приемник отраженного лазерного излучения 6, выполненный в виде плоскопараллельной пластины 7, на первую поверхность которой напылен фоточувствительный слой; второй спектроделитель 8; линзу-коллектив 9, общий для среднего и дальнего ИК диапазонов объектив B, включающий двояковыпуклую линзу 10, выпукло-вогнутую линзу 11 и двояковыпуклую линзу 12; первый спектроделитель 13, объектив C для среднего ИК диапазона, включающий положительный мениск 14 и отрицательный мениск 15, обращенные к плоскости изображения вогнутой стороной, и положительный мениск 16, обращенный к плоскости изображения выпуклой стороной; приемник изображения среднего ИК диапазона 17 с охлаждаемой диафрагмой, объектив D для дальнего ИК диапазона, включающий положительный мениск 18, отрицательный мениск 19 и положительный мениск 20, обращенные к плоскости изображения вогнутой стороной; приемник изображения дальнего ИК диапазона 21 с охлаждаемой диафрагмой.The rangefinder-range finder contains the following elements: a mirror lens, including the main concave aspherical mirror 1 and the secondary convex mirror 2; a lens objective A of the receiving channel of the laser range finder, including positive menisci 3 and 4 facing the image plane with the concave side, and a plano-convex lens 5 facing the image with the flat side; an immersion receiver of the reflected laser radiation 6, made in the form of a plane-parallel plate 7, on the first surface of which a photosensitive layer is sprayed; a second spectrum splitter 8; a collective lens 9, a common lens B for the middle and far IR ranges, including a biconvex lens 10, a convex-concave lens 11, and a biconvex lens 12; a first spectrometer 13, a lens C for the mid-IR range, including a positive meniscus 14 and a negative meniscus 15 facing the image plane with a concave side, and a positive meniscus 16 facing the image plane with a convex side; a mid-IR range image receiver 17 with a cooled aperture, a far-IR lens D including a positive meniscus 18, a negative meniscus 19 and a positive meniscus 20 facing the image plane with a concave side; far infrared image receiver 21 with a cooled aperture.

Предложенная оптическая система работает следующим образом. Излучение от удаленного объекта и отраженное лазерное излучение отражаются последовательно от главного вогнутого асферического зеркала 1 и вторичного выпуклого асферического зеркала 2 и попадают на второй спектроделитель 8. Отраженное от спектроделителя 8 лазерное излучение после прохождения линз 3, 4 и 5 объектива A формируют изображение в плоскости приемника 6. Преломленные вторым спектроделителем 8 лучи создают изображение в задней фокальной плоскости зеркального объектива, а затем преобразовываются в параллельные пучки с помощью линз 10, 11 и 12 общего объектива В. После полученной таким образом телескопической системы параллельные пучки лучей попадают на первый спектроделитель 13. Отраженные спектроделителем 13 лучи, проходя через линзы 14, 15 и 16 объектива C, формируют изображение в плоскости приемника 17. Преломленные спектроделителем 13 лучи, проходя через линзы 18, 19 и 20 объектива D, формируют изображение в плоскости приемника 21. Линза-коллектив 9 служит для согласования входного зрачка, расположенного на главном зеркале, с апертурными диафрагмами, являющимися выходными зрачками в среднем и дальнем ИК каналах.The proposed optical system operates as follows. Radiation from a distant object and reflected laser radiation are reflected sequentially from the main concave aspherical mirror 1 and the secondary convex aspherical mirror 2 and fall on the second spectrometer 8. The laser radiation reflected from the spectrometer 8 after passing through lenses 3, 4 and 5 of lens A form an image in the plane of the receiver 6. The rays refracted by the second spectrum splitter 8 create an image in the rear focal plane of the mirror lens, and then they are converted into parallel beams using From 10, 11 and 12 of the common lens B. After the telescopic system thus obtained, parallel beams of rays fall on the first spectrometer 13. The rays reflected by the spectrometer 13, passing through the lenses 14, 15 and 16 of the lens C, form an image in the plane of the receiver 17. Refracted by the spectrometer 13 rays passing through the lenses 18, 19 and 20 of the lens D form an image in the plane of the receiver 21. The collective lens 9 serves to coordinate the entrance pupil located on the main mirror with the aperture diaphragms, which are the output in the middle and far infrared channels.

Разработанный и предложенный заявителем теплопеленгатор - дальномер обладает следующими техническими характеристиками:The heat finder developed and proposed by the applicant - the range finder has the following technical characteristics:

Характеристики двухспектрального теплопеленгатораCharacteristics of a dual spectral direction finder

Диаметр входного зрачкаEntrance pupil diameter 700 мм700 mm Угловое поле в пространстве предметовAngular field in the space of objects 0.84°0.84 ° Относительное отверстиеRelative hole 1:21: 2 Спектральный диапазонSpectral range 3-5 мкм3-5 microns 8-12 мкм8-12 microns

Характеристики приемного канала лазерного дальномераLaser rangefinder receiving channel characteristics

Диаметр входного зрачкаEntrance pupil diameter 700 мм700 mm

Относительное отверстие 1:0.21Relative aperture 1: 0.21

Угловое поле в пространстве предметовAngular field in the space of objects 10′10' Диаметр площадки приемникаReceiver pad diameter 0.5 мм0.5 mm Концентрация энергии на площадке приемникаEnergy concentration at receiver site >90%> 90% Рабочая длина волныWorking wavelength 1.06 мкм1.06 μm

Таким образом, может быть осуществлен теплопеленгатор-дальномер.Thus, a range finder can be implemented.

Заявленная конструкция теплопеленгатора-дальномера позволяет:The claimed design of the range finder allows you to:

- повысить дальность действия лазерного дальномера;- increase the range of the laser rangefinder;

- расширить область применения устройства.- expand the scope of the device.

Claims

A range finder containing a mirror lens, including a main concave aspherical mirror and a secondary convex aspherical mirror, a collective lens located in close proximity to the rear focal plane of the mirror lens, a common lens for the middle and far infrared ranges, the first spectrometer, made in the form of an oblique a plane-parallel plate located after a common lens in a parallel beam of rays, a mid-infrared lens, mounted after the first spectrometer, a medium infrared receiver with a cooled diaphragm, a far infrared lens mounted after the first spectrometer, a far infrared receiver with a cooled diaphragm, a second spectrometer made in the form of a plane-parallel plate and mounted between the main concave and secondary convex mirrors perpendicular to the optical axis, characterized in that the lens of the receiving channel of the laser range finder is inserted, anovlenny after the second beamsplitters and comprising successively arranged along the beam first, second and third single lens, with the first and second single lens are formed as positive meniscus facing to the image plane with the concave side and the third lens is formed plano and faces the image plane side; An immersion detector of reflected laser radiation was introduced, made in the form of a plane-parallel plate, on the first surface of which a photosensitive layer was sprayed.