RU2335790C2 - Two-channel coaxial catadioptric lens - Google Patents
Two-channel coaxial catadioptric lens Download PDFInfo
- Publication number
- RU2335790C2 RU2335790C2 RU2006140202/28A RU2006140202A RU2335790C2 RU 2335790 C2 RU2335790 C2 RU 2335790C2 RU 2006140202/28 A RU2006140202/28 A RU 2006140202/28A RU 2006140202 A RU2006140202 A RU 2006140202A RU 2335790 C2 RU2335790 C2 RU 2335790C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- lens
- mirror
- component
- meniscus
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам многоканальных систем, и может быть использовано для работы в двухканальных приборах ночного видения (ПНВ), имеющих один канал для работы совместно с приемниками излучения видимого диапазона (электронно-оптическими преобразователями (ЭОП) или низкоуровневыми телевизионными камерами (НТК)), а второй - с матричными инфракрасными (ИК) фотоприемными устройствами (ФПУ), для решения задач обнаружения и опознавания объектов в сложных условиях наблюдения и при пониженной освещенности. Предлагаемый двухканальный объектив может быть использован как в пассивных, так и в активно-импульсных двухканальных ПНВ.The invention relates to the field of optical instrumentation, namely, to lenses of multichannel systems, and can be used to work in two-channel night vision devices (NVD), having one channel for working together with visible radiation receivers (electron-optical converters (EOP) or low-level television cameras (NTK)), and the second - with matrix infrared (IR) photodetectors (FPU), to solve the problems of detection and recognition of objects in difficult surveillance conditions and when izhennoy illumination. The proposed two-channel lens can be used both in passive and in active-pulse two-channel NVD.
Известна двухканальная система [РФ 94013373. Совмещенный объектив // Ларкин Е.В., Арбузова И.В., Данилкин Ф.А. - 1995. - Бюл. №35], в которой центральная часть зрачка используется для прохождения излучения видимого диапазона, а кольцевая часть зрачка - для прохождения ИК излучения. Однако конструкция этого устройства в силу того, что каждый из каналов содержит всего по две линзы, принципиально не может обеспечить высокие относительное отверстие и разрешающую способность каналов. Кроме того, оно не формирует изображение на конечном расстоянии, а является, по сути, афокальной системой, после которой для получения изображений в видимых и инфракрасных лучах в каждом канале необходимо располагать два дополнительных объектива.The known two-channel system [RF 94013373. The combined lens // Larkin EV, Arbuzova IV, Danilkin F.A. - 1995. - Bull. No. 35], in which the central part of the pupil is used to transmit visible radiation, and the annular part of the pupil is used to transmit infrared radiation. However, the design of this device, due to the fact that each channel contains only two lenses, cannot fundamentally provide a high relative aperture and resolution of the channels. In addition, it does not form an image at a finite distance, but is, in fact, an afocal system, after which two additional lenses must be placed in each channel to obtain images in visible and infrared rays.
Известны двух- (и более) канальные объективы, обеспечивающие формирование изображения объекта по нескольким каналам, имеющим общую визирную ось, в том числе: канал ПНВ с приемником излучения видимого диапазона (например, ЭОП) и тепловизионный (ТП) канал [Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. - М.: ООО Недра-Бизнесцентр. 1999, с.262-280]. Объективы различаются по своим конструктивным схемам, оптическим характеристикам, массогабаритным параметрам. Основным недостатком этих объективов является низкая разрешающая способность и большие массогабаритные характеристики. Лучший по качеству из упомянутых выше многоканальных объективов [2, с.267, таблица 19, рис.128, с.265] содержит в канале ПНВ с ЭОП 10 компонентов, имеет фокусное расстояние 225 мм, угловое поле 5° относительное отверстие 1:2, обеспечивает в спектральном диапазоне 0,7÷0,9 мкм коэффициент передачи контраста для пространственных частот 15 и 30 мм-1 соответственно 0,823 и 0,686 (для точки на оси) и 0,638 и 0,411 (для края поля зрения), при этом его габаритные размеры 150×321×284 мм. Объективы ТП каналов состоят из 3-5 линз, фокусные расстояния 130 (габаритные размеры 150×388×280 мм) и 292 мм, относительные отверстия до 1:1,8 и 1:2; информация о качестве изображения ТП канала не приводится.Two (or more) channel lenses are known that provide imaging of an object through several channels having a common sight axis, including: an NVD channel with a visible radiation receiver (for example, an image intensifier tube) and a thermal imaging (TP) channel [I. Geikhman ., Volkov V.G. The basics of improving visibility in difficult conditions. - M .: Nedra-Business Center LLC. 1999, p. 262-280]. Lenses differ in their design schemes, optical characteristics, and overall dimensions. The main disadvantage of these lenses is the low resolution and large weight and size characteristics. The best quality of the multi-channel lenses mentioned above [2, p. 267, table 19, fig. 128, p. 265] contains 10 components in the NVD channel with an image intensifier tube, has a focal length of 225 mm, an angular field of 5 °, a relative aperture of 1: 2 provides in the spectral range 0.7 ÷ 0.9 μm the contrast transfer coefficient for spatial frequencies of 15 and 30 mm -1, respectively 0.823 and 0.686 (for a point on the axis) and 0.638 and 0.411 (for the edge of the field of view), while its overall dimensions 150 × 321 × 284 mm. The lenses of TP channels consist of 3-5 lenses, focal lengths of 130 (overall dimensions 150 × 388 × 280 mm) and 292 mm, relative apertures up to 1: 1.8 and 1: 2; information about the image quality of the TP channel is not given.
Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип, является двухканальный зеркально-линзовый объектив, содержащий зеркально-линзовый канал видимого диапазона и линзовый ТП канал, расположенный в зоне центрального экранирования зеркально-линзового канала видимого диапазона, имеющие общую визирную ось, при этом зеркально-линзовый канал выполнен в виде четырех компонентов, первый из которых по ходу лучей имеет форму защитной плоскопараллельной пластинки с вырезанной центральной зоной, в состав второго компонента входит выпукло-плоская линза, на последней поверхности второго компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй поверхности и вырезанную центральную зону, четвертый компонент состоит из трех одиночных линз, первая из которых по ходу лучей имеет форму мениска, при этом первый и третий компоненты зеркально-линзового канала выполнены из стекла одной марки с показателем преломления не более 1,52, а линзовый ТП канал выполнен в виде трех одиночных линз в форме менисков, разнесенных вдоль оптической оси на значительное расстояние, первый и третий из которых к плоскости изображений обращены своими вогнутыми поверхностями, а второй - выпуклыми, один из компонентов линзового ТП канала установлен в отверстии первого компонента зеркально-линзового канала видимого диапазона [РФ №2256205. Двухканальный зеркально-линзовый объектив (варианты) // Косолапов Г.И., Журавлев П.В., Хацевич Т.Н. - 2005. - Бюл. №19, второй вариант], при этом имеют место следующие соотношенияThe closest in technical essence adopted for the prototype is a two-channel mirror-lens lens containing a mirror-lens channel of the visible range and a lens TP channel located in the zone of the central screening of the mirror-lens channel of the visible range, having a common sight axis, while the mirror axis the lens channel is made in the form of four components, the first of which along the rays has the form of a protective plane-parallel plate with a cut out central zone, the second component includes a flat-angled lens, an annular reflective coating is applied to the last surface of the second component, the third component is made in the form of a meniscus facing concave surfaces to the space of objects having an internal reflective coating on the second surface and a cut out central zone, the fourth component consists of three single lenses, the first of which, along the rays, has a meniscus shape, while the first and third components of the mirror-lens channel are made of glass of the same brand with a refractive index of not more than 1.52 and the lens TP channel is made in the form of three single lenses in the form of menisci spaced along the optical axis at a considerable distance, the first and third of which face the image plane with their concave surfaces, and the second convex, one of the components of the lens TP channel is installed in the hole the first component of the mirror-lens channel of the visible range [RF No. 2256205. Two-channel mirror-lens objective (options) // Kosolapov G.I., Zhuravlev P.V., Khatsevich T.N. - 2005. - Bull. No. 19, second option], with the following relations
где f'зл, f'2зл, f'3зл - фокусные расстояния зеркально-линзового канала и его второго и третьего компонентов соответственно;where f ' zl , f' 2zl , f ' 3zl - focal lengths of the mirror-lens channel and its second and third components, respectively;
LЛ - длина вдоль оптической оси от первой поверхности до плоскости изображений линзового ТП канала;L L is the length along the optical axis from the first surface to the image plane of the lens TP channel;
f'л - фокусное расстояние линзового ТП канала.f ' l - the focal length of the lens TP channel.
В примере конкретного исполнения зеркально-линзовый канал имеет фокусное расстояние f'зл=119 мм, геометрическое относительное отверстие 1:1,2; эффективное относительное отверстие 1:1,7; угловое поле в пространстве предметов 2ω=8°; линейный размер приемника излучения видимого диапазона 18 мм. При этом фокусные расстояния его компонентов соответственно равны: f'2зл=4,1f'зл; |f'3зл|=1,75 f'зл. Зеркально-линзовый канал обеспечивает для точки на оси для пространственных частот 30 и 50 мм-1 коэффициенты передачи контраста соответственно 0,85 и 0,74, а для точек на краю поля зрения - соответственно 0,69 и 0,43.In the example of a specific embodiment, the mirror-lens channel has a focal length f ' zl = 119 mm, the geometric relative aperture is 1: 1.2; effective relative aperture 1: 1.7; angular field in the space of objects 2ω = 8 °; visible receiver linear size 18 mm. Moreover, the focal lengths of its components are respectively equal: f ' 2zl = 4.1f'zl; | f ' 3zl | = 1.75 f' zl The mirror-lens channel provides for the point on the axis for spatial frequencies of 30 and 50 mm -1, the transmission coefficients of contrast are 0.85 and 0.74, respectively, and for the points on the edge of the field of view, 0.69 and 0.43, respectively.
В примере конкретного исполнения (второй вариант) линзовый ТП канал имеет фокусное расстояние f'=100 мм; относительное отверстие D:f'=1:1,8; размер чувствительной площадки ИК приемника 2y'=9,6 мм, угловое поле в пространстве предметов 2ω=5°30'. Канал рассчитан для работы в спектральном интервале 8-12 мкм. Длина линзового ТП канала составляет 1,66 от его фокусного расстояния (Lл=1,66f'л). Для единой компоновки каналов оптическая ось линзового ТП канала претерпевает излом с помощью поворотных зеркал. Качество изображения линзового ТП канала следующее: для всех точек поля коэффициенты передачи контраста для пространственных частот 15 и 30 мм-1 составляют соответственно 0,6 и 0,3.In a specific embodiment example (second embodiment), the lens TP channel has a focal length f '= 100 mm; relative aperture D: f '= 1: 1.8; the size of the sensitive area of the IR receiver 2y '= 9.6 mm, the angular field in the space of objects 2ω = 5 ° 30'. The channel is designed to operate in the spectral range of 8-12 microns. The length of the lens TP channel is 1.66 of its focal length (L l = 1.66 f ' l ). For a single channel arrangement, the optical axis of the lens TP channel undergoes a break with the help of rotary mirrors. The image quality of the lens TP channel is as follows: for all field points, the contrast transfer coefficients for spatial frequencies of 15 and 30 mm -1 are 0.6 and 0.3, respectively.
Таким образом, основными недостатками прототипа являются малая величина углового поля линзового ТП канала и недостаточное относительное отверстие зеркально-линзового канала видимого диапазона.Thus, the main disadvantages of the prototype are the small angular field of the lens TP channel and the insufficient relative aperture of the mirror-lens channel of the visible range.
Повышение углового поля линзового ТП канала в прототипе неизбежно ведет к виньетированию наклонных пучков либо в зеркально-линзовом канале, либо в линзовом ТП канале и как результат к снижению освещенности на краях поля зрения, что снижает эффективность мер по повышению светосилы каждого канала в двухканальном зеркально-линзовом объективе. Для уменьшения виньетирования необходимо повышать геометрическое относительное отверстие зеркально-линзового канала, а в прототипе это невозможно без ухудшения качества изображения зеркально-линзового канала из-за возрастания аберраций широких пучков - сферической и комы.An increase in the angular field of the lens TP channel in the prototype inevitably leads to the vignetting of oblique beams either in the mirror-lens channel or in the TP lens channel and, as a result, to a decrease in illumination at the edges of the field of view, which reduces the effectiveness of measures to increase the aperture ratio of each channel in a two-channel mirror lens lens. To reduce vignetting, it is necessary to increase the geometric relative aperture of the mirror-lens channel, and in the prototype this is impossible without a deterioration in the image quality of the mirror-lens channel due to the increase in aberrations of wide beams - spherical and coma.
Предложен двухканальный коаксиальный зеркально-линзовый объектив, содержащий зеркально-линзовый канал видимого диапазона и линзовый ТП канал, расположенный в зоне центрального экранирования зеркально-линзового канала видимого диапазона, имеющие общую визирную ось. Зеркально-линзовый канал выполнен в виде четырех компонентов, первый из которых по ходу лучей имеет форму защитной плоскопараллельной пластинки с вырезанной центральной зоной, в состав второго компонента входит выпукло-плоская линза, на последней поверхности второго компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй поверхности и вырезанную центральную зону, четвертый компонент состоит из трех одиночных линз, первая из которых по ходу лучей имеет форму мениска. Первый и третий компоненты зеркально-линзового канала выполнены из стекла одной марки с показателем преломления не более 1,52. Линзовый ТП канал выполнен в виде трех одиночных линз в форме менисков, разнесенных вдоль оптической оси на значительное расстояние, первый и третий из которых к плоскости изображений обращены своими вогнутыми поверхностями, а второй - выпуклыми. Один из компонентов линзового ТП канала установлен в отверстии первого компонента зеркально-линзового канала видимого диапазона. Во второй компонент зеркально-линзового канала введен склеенный блок из двух линз, первая из которых имеет форму мениска, обращенного выпуклыми поверхностями к плоскости изображений, вторая имеет двояковогнутую форму, при этом диаметр второй линзы соответствует внешнему диаметру кольцевого отражающего покрытия. Вторая и третья линзы четвертого компонента выполнены двояковыпуклыми. Оптические оси линзового ТП канала и зеркально-линзового канала видимого диапазона совпадают, при этом при выполнении соотношений (1) имеют место следующие соотношения:A two-channel coaxial mirror-lens lens is proposed, comprising a visible-mirror specular-lens channel and a TP lens channel located in the central screening zone of the visible-specular-mirror channel with a common sight axis. The mirror-lens channel is made in the form of four components, the first of which along the rays has the form of a protective plane-parallel plate with a cut out central zone, the second component includes a convex-flat lens, an annular reflective coating is applied to the last surface of the second component, the third component is made in the form of a meniscus facing concave surfaces to the space of objects, having an internal reflective coating on the second surface and a cut out central zone, the fourth component with remains of three single lenses, the first of which along the rays has a meniscus shape. The first and third components of the mirror-lens channel are made of glass of the same brand with a refractive index of not more than 1.52. The lens TP channel is made in the form of three single lenses in the form of menisci spaced apart along the optical axis at a considerable distance, the first and third of which face their concave surfaces, and the second convex ones. One of the components of the lens TP channel is installed in the hole of the first component of the mirror-lens channel of the visible range. A glued block of two lenses is introduced into the second component of the mirror-lens channel, the first of which has the shape of a meniscus facing convex surfaces to the image plane, the second has a biconcave shape, and the diameter of the second lens corresponds to the outer diameter of the annular reflective coating. The second and third lenses of the fourth component are biconvex. The optical axes of the lens TP channel and the mirror-lens channel of the visible range coincide, while the following relations hold when relations (1) are satisfied:
где Lзл - длина вдоль оптической оси от первой поверхности до плоскости изображений зеркально-линзового канала видимого диапазона;where L PL - the length along the optical axis from the first surface to the image plane of the mirror-lens channel of the visible range;
Lзл2 - длина вдоль оптической оси от первой поверхности второго компонента до плоскости изображений зеркально-линзового канала видимого диапазона;L PL2 - the length along the optical axis from the first surface of the second component to the image plane of the mirror-lens channel of the visible range;
f'зл, f'2зл, f'3зл, f'4зл - фокусные расстояния зеркально-линзового канала и его второго, третьего и четвертого компонентов соответственно;f ' zl , f' 2zl , f ' 3zl , f' 4zl - the focal lengths of the mirror-lens channel and its second, third and fourth components, respectively;
f'10 - фокусное расстояние первого мениска линзового ТП канала;f '10 - focal distance of the first meniscus lens TP channel;
f'12 - фокусное расстояние третьего мениска линзового ТП канала;f '12 - the focal length of the third meniscus lens TP channel;
f'11+12 - эквивалентное фокусное расстояние второго и третьего менисков линзового ТП канала, расположенных вдоль оптической оси на расстоянии d11,12.f '11 + 12 is the equivalent focal length of the second and third menisci of the lens TP channel located along the optical axis at a distance d 11,12 .
Предлагаемый двухканальный коаксиальный зеркально-линзовый объектив позволяет обеспечить более высокие технические характеристики - повысить угловое поле линзового ТП канала, повысить геометрическое и эффективное относительное отверстие зеркально-линзового канала видимого диапазона при сохранении высокого качества изображения в каждом канале.The proposed two-channel coaxial mirror-lens lens allows to provide higher technical characteristics - to increase the angular field of the lens TP channel, to increase the geometric and effective relative aperture of the mirror-lens channel of the visible range while maintaining high image quality in each channel.
Более высокие технические характеристики предлагаемого объектива обеспечиваются новой совокупностью отличительных признаков:Higher technical characteristics of the proposed lens are provided by a new set of distinctive features:
- во второй компонент зеркально-линзового канала введен склеенный блок из двух линз, первая из которых имеет форму мениска, обращенного выпуклыми поверхностями к плоскости изображений, вторая имеет двояковогнутую форму, при этом диаметр второй линзы соответствует внешнему диаметру кольцевого отражающего покрытия, вторая и третья линзы четвертого компонента выполнены двояковыпуклыми, при этом имеют место соотношения (2);- a glued block of two lenses is inserted into the second component of the mirror-lens channel, the first of which has the shape of a meniscus facing convex surfaces to the image plane, the second has a biconcave shape, while the diameter of the second lens corresponds to the outer diameter of the annular reflective coating, the second and third lenses the fourth component are biconvex, with relations (2) taking place;
- оптические оси линзового ТП канала и зеркально-линзового канала видимого диапазона совпадают, при этом в линзовом ТП канале имеют место соотношения (3), (4) и (5).- the optical axis of the lens TP channel and the mirror-lens channel of the visible range coincide, while in the lens TP channel the relations (3), (4) and (5) take place.
Выполнение второго компонента зеркально-линзового канала в виде склеенного блока из двух линз, первая из которых имеет форму мениска, обращенного выпуклыми поверхностями к плоскости изображений, вторая имеет двояковогнутую форму, при этом диаметр второй линзы соответствует внешнему диаметру кольцевого отражающего покрытия, и выполнение второй и третьей линзы четвертого компонента двояковыпуклыми при соблюдении указанных соотношений (2) позволяет улучшить коррекцию аберраций широких осевых и наклонных пучков лучей и тем самым повысить геометрическое относительное отверстие зеркально-линзового канала до 1:0,8, а эффективное относительное отверстие до 1:1,3 при сохранении высокого качества изображения.The implementation of the second component of the mirror-lens channel in the form of a glued block of two lenses, the first of which has the shape of a meniscus facing convex surfaces to the image plane, the second has a biconcave shape, the diameter of the second lens corresponding to the outer diameter of the annular reflective coating, and the second and the third lens of the fourth component is biconvex, subject to the above relations (2), allows to improve the correction of aberrations of wide axial and inclined beams of rays and thereby increase s geometric relative aperture catadioptric channel to 1: 0.8, and the effective aperture ratio to 1: 1.3, while retaining high image quality.
Выполнение в линзовом ТП канале компонентов в соответствии с указанными соотношениями (3) и (4) позволяет увеличить угловое поле канала более чем в 2 раза по сравнению с прототипом и одновременно сократить длину линзового ТП канала в соответствии с соотношением (5) при сохранении светосилы и высокого качества изображения, близкого к дифракционному для спектрального интервала 8-12 мкм при соотношении длины линзового ТП канала и его фокусного расстояния не более 1,3. Последнее обстоятельство позволяет в двухканальном объективе расположить коаксиально линзовый ТП канал и зеркально-линзовый канал видимого диапазона без ущерба для массогабаритных характеристик и без дополнительного виньетирования в любом канале.The implementation in the lens TP channel of the components in accordance with the specified relations (3) and (4) allows you to increase the angular field of the channel by more than 2 times compared with the prototype and at the same time reduce the length of the lens TP channel in accordance with the ratio (5) while maintaining aperture and high image quality close to diffraction for a spectral range of 8-12 microns with a ratio of the length of the lens TP channel and its focal length not more than 1.3. The latter circumstance makes it possible to arrange a coaxially lens TP channel and a mirror-lens channel of the visible range in a two-channel lens without sacrificing weight and size characteristics and without additional vignetting in any channel.
Авторам не известны оптические системы двухканальных зеркально-линзовых объективов, обладающие признаками, сходными с признаками, отличающими предлагаемую систему от прототипа, поэтому данная система двухканального коаксиального объектива обладает существенными отличиями.The authors are not aware of the optical systems of two-channel mirror-lens lenses that have features similar to those that distinguish the proposed system from the prototype, therefore, this two-channel coaxial lens system has significant differences.
Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:The proposed invention is illustrated by the following graphic materials:
Фиг.1 - оптическая схема двухканального коаксиального зеркально-линзового объектива;Figure 1 is an optical diagram of a two-channel coaxial mirror lens;
Фиг.2 - частотно-контрастная характеристика (ЧКХ) зеркально-линзового канала;Figure 2 - frequency-contrast characteristic (TSC) of the mirror-lens channel;
Фиг.3 - ЧКХ линзового ТП канала;Figure 3 - the frequency response of the lens TP channel;
Фиг.4 - функция концентрации энергии (ФКЭ) линзового ТП канала.Figure 4 is a function of energy concentration (FFE) of the lens TP channel.
На фиг.1 изображена предлагаемая оптическая схема двухканального коаксиального зеркально-линзового объектива, каналы которого имеют общую визирную ось.Figure 1 shows the proposed optical scheme of a two-channel coaxial mirror-lens, the channels of which have a common sight axis.
Оптическая система содержит зеркально-линзовый канал ПНВ с приемником излучения видимого диапазона и линзовый ТП канал с ИК ФПУ, расположенный в зоне центрального экранирования зеркально-линзового канала, при этом каналы расположены коаксиально и их оптические оси совпадают.The optical system contains a mirror-lens channel of the NVD with a visible-range radiation receiver and a lens TP channel with IR FPU located in the zone of central screening of the mirror-lens channel, the channels are coaxial and their optical axes coincide.
Зеркально-линзовый канал содержит установленные по ходу лучей четыре компонента. Компонент 1 - это защитная плоскопараллельная пластинка с вырезанной центральной зоной. Компонент 2 состоит из выпукло-плоской линзы 5 и блока 6, склеенного из двух линз, первая из которых имеет форму мениска, обращенного выпуклыми поверхностями к плоскости изображений, вторая имеет двояковогнутую форму, на последней поверхности которой нанесено кольцевое отражающее покрытие, а ее диаметр соответствует внешнему диаметру кольцевого отражающего покрытия. Компонент 3 выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй поверхности и вырезанную центральную зону. Компонент 4 состоит из трех одиночных линз: мениска 7 и двух двояковыпуклых линз 8 и 9. Компоненты 1 и 3 зеркально-линзового канала выполнены из стекла одной марки с показателем преломления не более 1,52. При этом имеют место вышеприведенные соотношения (2).The mirror-lens channel contains four components installed along the rays. Component 1 is a protective parallel plate with a cut out central zone. Component 2 consists of a convex-flat lens 5 and a block 6 glued from two lenses, the first of which has the shape of a meniscus facing convex surfaces to the image plane, the second has a biconcave shape, the last surface of which has an annular reflective coating, and its diameter corresponds to the outer diameter of the annular reflective coating. Component 3 is made in the form of a meniscus facing concave surfaces to the space of objects having an internal reflective coating on the second surface and a cut out central zone. Component 4 consists of three single lenses: meniscus 7 and two biconvex lenses 8 and 9. Components 1 and 3 of the mirror-lens channel are made of glass of the same brand with a refractive index of not more than 1.52. In this case, the above relations (2) hold.
Линзовый ТП канал выполнен в виде трех одиночных линз 10, 11, 12 в форме менисков, разнесенных вдоль оптической оси на значительное расстояние, первый и третий из которых к плоскости изображений обращены своими вогнутыми поверхностями, а второй - выпуклыми. Один из компонентов линзового ТП канала установлен в отверстии первого компонента зеркально-линзового канала видимого диапазона. При этом имеют место следующие соотношения (3)-(5).The lens TP channel is made in the form of three
Излучение, идущее от удаленного объекта, проходя последовательно компоненты 1, 2 зеркально-линзового канала, отражается первый раз от внутреннего зеркального покрытия на второй поверхности мениска 3, второй раз - от кольцевого отражающего покрытия, нанесенного на последней вогнутой поверхности склеенного из двух линз блока 6, далее проходит линзы 7, 8, 9 компонента 4, фокусируется и образует изображение объекта в плоскости, с которой совмещена плоскость чувствительной площадки приемника излучения канала видимого диапазона.The radiation coming from a distant object, passing sequentially components 1, 2 of the mirror-lens channel, is reflected for the first time from the internal mirror coating on the second surface of the meniscus 3, the second time from the annular reflective coating deposited on the last concave surface of the block 6 glued from two lenses , then the lenses 7, 8, 9 of component 4 pass, focuses and forms an image of the object in the plane with which the plane of the sensitive area of the radiation detector of the visible channel is aligned.
ИК излучение, идущее от удаленного объекта, проходит компоненты 10, 11, 12 линзового ТП канала, фокусируется ими и образует изображение объекта в плоскости приемника излучения ТП канала (ИК ФПУ).IR radiation coming from a distant object passes through the
В качестве конкретного примера исполнения двухканального коаксиального зеркально-линзового объектива в таблицах 1-5 приведены конструктивные параметры оптических систем каналов объектива, а также их ЧКХ и ФКЭ, подтверждающие высокое качество изображения, даваемое зеркально-линзовым каналом и линзовым ТП каналом.As a specific example of the performance of a two-channel coaxial mirror-lens lens, tables 1-5 show the design parameters of the optical systems of the lens channels, as well as their frequency and frequency characteristics, confirming the high image quality provided by the mirror-lens channel and the lens TP channel.
В таблице 1 приведены конструктивные параметры зеркально-линзового канала, имеющего фокусное расстояние f'=71 мм; диаметр входного зрачка D=90 мм; геометрическое относительное отверстие D:f'=1:0,79; эффективное относительное отверстие Dэф:f'=1,3; угловое поле в пространстве предметов 2ω=8°; размер чувствительной площадки приемника излучения 2y'=10 мм; спектральный интервал 0,68-0,88 мкм. В качестве приемника излучения в конкретном примере исполнения применена низкоуровневая телевизионная камера размером 1/2 дюйма. В таблице 1 позиция линз указана в соответствие с фиг.1; № пов. - номер преломляющей или отражающей поверхности по ходу луча; R - радиус преломляющих или отражающих поверхностей; d - толщины линз и воздушных промежутков. Все линейные размеры приведены в миллиметрах. Апертурная диафрагма совмещена с третьей преломляющей поверхностью. Масса оптических компонентов канала составляет 675 г.Table 1 shows the design parameters of the mirror-lens channel having a focal length f '= 71 mm; entrance pupil diameter D = 90 mm; geometric relative aperture D: f '= 1: 0.79; effective relative aperture D eff : f '= 1.3; angular field in the space of objects 2ω = 8 °; the size of the sensitive area of the radiation receiver 2y '= 10 mm; spectral range 0.68-0.88 μm. In the specific embodiment, a low-level television camera with a size of 1/2 inch is used as a radiation receiver. In table 1, the position of the lenses is shown in accordance with figure 1; No. - number of the refracting or reflecting surface along the beam; R is the radius of the refracting or reflecting surfaces; d - thickness of the lenses and air gaps. All linear dimensions are given in millimeters. The aperture diaphragm is aligned with the third refracting surface. The mass of the optical components of the channel is 675 g.
Как следует из таблицы 1, конструктивные параметры зеркально-линзового канала видимого диапазона удовлетворяют следующим соотношениям: Lзл=2,26f'зл, Lзл2=1,18f'зл, f'4зл=0,53f'зл, т.е. соответствуют соотношениям (2).As follows from table 1, the design parameters of the mirror-lens channel of the visible range satisfy the following relations: L zl = 2.26f zl , L zl2 = 1.18f zl , f ' 4zl = 0.53f zl , i.e. correspond to relations (2).
В таблице 2 приведены конструктивные параметры линзового ТП канала объектива, имеющего фокусное расстояние f'=80 мм; относительное отверстие D:f'=1:1,6; размер чувствительной площадки ИК-приемника 2y'=19,2 мм; угловое поле в пространстве предметов 2ω=13°40'; спектральный интервал 8-12 мкм.Table 2 shows the design parameters of the lens TP channel of the lens having a focal length f '= 80 mm; relative aperture D: f '= 1: 1.6; size of the sensitive area of the IR receiver 2y '= 19.2 mm; angular field in the space of objects 2ω = 13 ° 40 '; spectral range of 8-12 microns.
Апертурная диафрагма совмещена с первой преломляющей поверхностью.The aperture diaphragm is aligned with the first refracting surface.
Масса оптических компонентов канала составляет 100 г.The mass of the optical components of the channel is 100 g.
Как следует из таблицы 2, длина зеркально-линзового канала составляет 1,29 от его фокусного расстояния, при этом конструктивные параметры его компонентов соответственно равны: f'10=1,21f'л; f'11+12=1,06f'л; f'12=0,96f'л; d11,12≤0,18f'11+12, т.е. соответствуют соотношениям (3)-(5).As follows from Table 2, the length of the catadioptric channel is 1.29 by its focal length, the design parameters of its components are respectively: f '10 = 1,21f'l; f '11 + 12 = 1.06 f'l; f '12 = 0,96f'l; d 11.12 ≤0.18f '11 + 12 , i.e. correspond to relations (3) - (5).
В таблице 3 и на фиг.2 приведены ЧКХ для зеркально-линзового канала. В таблице 3 коэффициенты передачи контраста указаны в относительных единицах для пространственных частот, отнесенных к плоскости чувствительной площадки приемника видимого диапазона, в мм-1, в диапазоне от 0 до 50 мм-1 для точки на оси и для точек на середине и краю поля зрения (для углов наклона внеосевых пучков 2 и 4°). Для внеосевых точек изображения коэффициенты передачи контраста приведены для меридионального (М) и сагиттального (S) сечений. На фиг.2 по оси абсцисс отложены значения пространственных частот, отнесенные к плоскости чувствительной площадки приемника видимого диапазона, в мм-1; по оси ординат - значения коэффициентов передачи контраста, отн.ед. Графики ЧКХ представлены для точки на оси (обозначение "0"), для точек на середине поля (обозначение "2°") и для точек на краю поля (обозначение "4°") как для меридионального (м), так и сагиттального сечений (s). Для сравнения на фиг.3 приведена также ЧКХ безаберрационного объектива (обозначение "дифр."). Из графиков фиг.3 и данных таблицы 4 следует, что для точки на оси коэффициенты передачи контраста для пространственных частот 30 и 50 мм-1 составляют соответственно 0,87 и 0,79, а для точек на краю поля зрения - соответственно 0,74 и 0,63, что не хуже, чем у объектива-прототипа.Table 3 and figure 2 shows the frequency response for the mirror-lens channel. Table 3 shows the contrast transmission coefficients in relative units for spatial frequencies, referred to the plane of the sensitive area of the receiver of the visible range, in mm -1 , in the range from 0 to 50 mm -1 for a point on the axis and for points on the middle and edge of the field of view (for tilt angles of off-axis beams 2 and 4 °). For off-axis image points, the contrast transfer coefficients are given for meridional (M) and sagittal (S) sections. In Fig.2, the abscissa axis shows the spatial frequencies, referred to the plane of the sensitive area of the receiver of the visible range, in mm -1 ; along the ordinate axis - the values of the contrast transfer coefficients, rel. The frequency response graphs are presented for a point on the axis (designation "0"), for points in the middle of the field (designation "2 °") and for points on the edge of the field (designation "4 °") for both meridional (m) and sagittal sections (s). For comparison, figure 3 also shows the frequency response of the non-aberrational lens (designation "diffr."). From the graphs of figure 3 and the data of table 4 it follows that for a point on the axis, the contrast transfer coefficients for spatial frequencies of 30 and 50 mm -1 are 0.87 and 0.79, respectively, and for points on the edge of the field of view, 0.74, respectively and 0.63, which is not worse than that of the prototype lens.
В таблице 4 и на фиг.3 приведена ЧКХ линзового ТП канала. Значения коэффициентов передачи контраста приведены для точки на оси, середины и края изображения (для углов наклона 3,4° и 6,8°), остальные обозначения аналогичны таблице 3 и фиг.2. Из графиков фиг.3 и данных таблицы 4 следует, что для всех точек изображения средние коэффициенты передачи контраста для пространственной частоты 15 мм-1 составляют примерно 0,6, а для частоты 30 мм-1 - примерно 0,3, что не хуже, чем у объектива-прототипа.Table 4 and figure 3 shows the frequency response of the lens TP channel. The values of the contrast transfer coefficients are given for the point on the axis, middle and edge of the image (for inclination angles of 3.4 ° and 6.8 °), the remaining designations are similar to table 3 and figure 2. From the graphs of figure 3 and the data of table 4 it follows that for all image points the average transmission coefficients of contrast for the spatial frequency of 15 mm -1 are about 0.6, and for the frequency of 30 mm -1 - about 0.3, which is not worse, than the prototype lens.
В таблице 5 и на фиг.4 приведена ФКЭ для линзового ТП канала. Значения энергии в относительных единицах характеризуют, какая часть всей энергии пятна находится в круге указанного радиуса. Из графиков фиг.4 и данных таблицы 5 следует, что в пределах элемента приемника радиусом 0,025 мм сосредоточено до 80% всей энергии, что достаточно близко к дифракционному пределу и не хуже, чем у объектива-прототипа.Table 5 and figure 4 shows the FCE for the lens TP channel. The values of energy in relative units characterize how much of the total energy of the spot is in the circle of the specified radius. From the graphs of Fig. 4 and the data in Table 5, it follows that up to 80% of all energy is concentrated within the receiver element with a radius of 0.025 mm, which is close enough to the diffraction limit and not worse than that of the prototype lens.
Таким образом, предлагаемый двухканальный коаксиальный зеркально-линзовый объектив, обладающий совокупностью указанных отличительных признаков, в сравнении с прототипом позволяет обеспечить более высокие технические характеристики - повышение углового поля линзового ТП канала, повышение геометрического и эффективного относительного отверстия зеркально-линзового канала видимого диапазона при сохранении высокого качества изображения в каждом канале и отсутствии виньетирования наклонных пучков в двухканальном зеркально-линзовом объективе.Thus, the proposed two-channel coaxial mirror-lens lens, having the combination of these distinctive features, in comparison with the prototype allows to provide higher technical characteristics - increase the angular field of the lens TP channel, increase the geometric and effective relative holes of the mirror-lens channel of the visible range while maintaining a high image quality in each channel and the absence of vignetting of inclined beams in a two-channel mirror-lens bektive.
Предлагаемый двухканальный коаксиальный зеркально-линзовый объектив может быть использован для работы в пассивных и активных двухканальных ПНВ, имеющих один канал для работы совместно с приемниками видимого диапазона, а второй - с матричными ИК ФПУ, для решения задач обнаружения и опознавания объектов при пониженной освещенности и в сложных условиях наблюдения.The proposed two-channel coaxial mirror-lens can be used to work in passive and active two-channel NVDs, having one channel for working with visible range receivers, and the second with matrix IR FPUs, for solving problems of detection and recognition of objects in low light and in difficult observation conditions.
ЛитератураLiterature
1. РФ 94013373. Совмещенный объектив // Ларкин Е.В., Арбузова И.В., Данилкин Ф.А. - 1995. - Бюл. №35.1. RF 94013373. Combined lens // Larkin EV, Arbuzova IV, Danilkin F.A. - 1995. - Bull. Number 35.
2. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. - М.: ООО Недра-Бизнесцентр. 1999. - 286 с.2. Geykhman I.L., Volkov V.G. The basics of improving visibility in difficult conditions. - M .: Nedra-Business Center LLC. 1999 .-- 286 p.
3. РФ №2256205. Двухканальный зеркально-линзовый объектив (варианты) // Косолапов Г.И., Журавлев П.В., Хацевич Т.Н. - 2005. - Бюл. №19.3. RF №2256205. Two-channel mirror-lens objective (options) // Kosolapov G.I., Zhuravlev P.V., Khatsevich T.N. - 2005. - Bull. No. 19.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006140202/28A RU2335790C2 (en) | 2006-11-14 | 2006-11-14 | Two-channel coaxial catadioptric lens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006140202/28A RU2335790C2 (en) | 2006-11-14 | 2006-11-14 | Two-channel coaxial catadioptric lens |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006140202A RU2006140202A (en) | 2008-05-20 |
RU2335790C2 true RU2335790C2 (en) | 2008-10-10 |
Family
ID=39798623
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006140202/28A RU2335790C2 (en) | 2006-11-14 | 2006-11-14 | Two-channel coaxial catadioptric lens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2335790C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2745096C1 (en) * | 2020-08-10 | 2021-03-19 | Александр Владимирович Медведев | Two-channel optoelectronic system |
-
2006
- 2006-11-14 RU RU2006140202/28A patent/RU2335790C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2745096C1 (en) * | 2020-08-10 | 2021-03-19 | Александр Владимирович Медведев | Two-channel optoelectronic system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006140202A (en) | 2008-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2890812T3 (en) | See by thermal reflection | |
US6903343B2 (en) | Lightweight laser designator ranger flir optics | |
US20130188056A1 (en) | Compact objective lens assembly for simultaneously imaging multiple spectral bands | |
US6239922B1 (en) | Objective lens | |
CN103293681B (en) | Two-channel optical device with ultra large diameter and ultra long focal distance | |
DE69829907T2 (en) | An optical mirror system | |
WO2006049650A1 (en) | Compact, wide-field-of-view imaging optical system | |
US6423969B1 (en) | Dual infrared band objective lens | |
CN110398828A (en) | A kind of wide spectrum object lens of large relative aperture mid-long wavelength IR images optical system | |
CN108663778A (en) | Wide-angle high-definition imaging system with mixed bionic fisheye-compound eye structure | |
RU2335790C2 (en) | Two-channel coaxial catadioptric lens | |
RU2606699C1 (en) | Two-channel optoelectronic system | |
RU2369885C2 (en) | Double-channel catadioptric optical system (versions) | |
US5329400A (en) | Focal length changeable lens | |
CN108345095A (en) | Wide-width low-stray-light all-time star tracker optical structure | |
WO2018192068A1 (en) | Monocular telescope capable of laser ranging | |
CN107121760A (en) | A kind of infrared refractive and reflective panorama camera lens of broadband refrigeration | |
RU2385476C1 (en) | Projection high-aperture telecentric lens | |
CN114089511A (en) | Very wide band transmission type telescopic optical system | |
JP2003185919A (en) | Infrared optical system and infrared optical device having the same | |
RU2672703C1 (en) | Two-channel mirror-lens system | |
CN106873136A (en) | UV, visible light complex imaging camera lens and UV, visible light complex imaging instrument | |
CN112946907A (en) | Large-view-field visible-infrared integrated compact optical camera | |
RU182711U1 (en) | OPTICAL SYSTEM OF OPTICAL ELECTRONIC COORDINATOR | |
CN109445066B (en) | Medium wave infrared and laser common-path imaging optical system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181115 |