RU2369885C2 - Double-channel catadioptric optical system (versions) - Google Patents
Double-channel catadioptric optical system (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2369885C2 RU2369885C2 RU2007123502/28A RU2007123502A RU2369885C2 RU 2369885 C2 RU2369885 C2 RU 2369885C2 RU 2007123502/28 A RU2007123502/28 A RU 2007123502/28A RU 2007123502 A RU2007123502 A RU 2007123502A RU 2369885 C2 RU2369885 C2 RU 2369885C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- component
- channel
- mirror
- fpu
- 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 при создании систем слежения и управления полетом излучающих объектов в видимой и инфракрасной области спектра.The invention relates to the field of optical instrumentation, namely, to lenses of multichannel systems, and can be used to create tracking systems and flight control of radiating objects in the visible and infrared spectral regions.
Требования к таким системам - высокие чувствительность и разрешающая способность для обнаружения и распознавания объектов на предельных дистанциях, быстродействие, помехозащищенность, надежность, многофункциональность и минимальные массо-габаритные и стоимостные характеристики.The requirements for such systems are high sensitivity and resolution for the detection and recognition of objects at extreme distances, speed, noise immunity, reliability, multifunctionality and minimal weight, size and cost characteristics.
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,Known two-channel mirror-lens optical system (hereinafter referred to as the system) [1], containing the first and second channels having a common axis of sight and including a fast long telephoto lens-mirror lens, consisting of three components,
первый из которых по ходу лучей выполнен в виде плоско-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов,the first of which, along the rays, is made in the form of a plano-convex lens, convex to the space of objects,
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,in the central zone of the second flat surface of the first component along the rays of the first component, a spectro-splitting coating is applied that fully reflects the working spectral range of the first channel and completely transmits the working spectral range of the second channel,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,the second 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 along the rays and a cut out central zone,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,the third component is a lens compensator for field aberrations and consists of at least two lenses,
при этом первый канал системы включает в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива.however, the first channel of the system includes the first, second and third components of the mirror-lens lens.
Первый канал представляет собой пассивный канал ночного видения (ПНВ) с рабочим спектральным диапазоном излучения 700…920 нм, которое отражается спектроделительным покрытием, нанесенным на второй по ходу лучей поверхности первого компонента, за исключением узкой полосы лазерного подсвета 820…860 нм, которую это покрытие пропускает, и фокусируется в задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива на фотокатоде электронно-оптического преобразователя (ЭОП).The first channel is a passive night vision channel (NVD) with a working spectral range of radiation of 700 ... 920 nm, which is reflected by a spectro-splitting coating deposited on the second surface of the first component along the rays, except for a narrow band of laser illumination of 820 ... 860 nm, which this coating passes and focuses in the rear focal plane of the mirror lens on the photocathode of the electron-optical converter (EOC).
Второй канал системы представляет собой активно-импульсный ночной (АИ) канал, работающий в узкой спектральной полосе лазерного подсвета 820…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. Третья по ходу лучей линза четвертого компонента имеет на первой со стороны пространства предметов поверхности внутреннее отражающее покрытие для области спектра 820…860 нм.The second channel of the system is an active-pulsed night (AI) channel operating in a narrow spectral band of laser illumination of 820 ... 860 nm and including, in addition to the first, second and third components common to both channels, the fourth component mounted from the side of the space of objects in front of the first component on the optical axis and containing three lenses. The third lens along the rays of the fourth component has an internal reflective coating on the first from the side of the surface of the objects of the surface for the spectral region 820 ... 860 nm.
Излучение второго канала проходит сквозь спектроделительное покрытие в центральной зоне второй поверхности первого компонента, затем сквозь три линзы четвертого компонента и отражается покрытием, нанесенным на первой со стороны пространства предметов поверхности четвертого компонента. Затем вновь проходит сквозь три линзы четвертого компонента, попадает на третий компонент зеркально-линзового объектива, проходит сквозь него и фокусируется в задней фокальной плоскости второго канала, совпадающей с фокальной плоскостью зеркально-линзового объектива, формируя изображение другого масштаба на фотокатоде того же ЭОП, что и в первом канале.The radiation of the second channel passes through the spectrodividing coating in the central zone of the second surface of the first component, then through the three lenses of the fourth component and is reflected by the coating deposited on the first from the space of objects surface of the fourth component. Then it again passes through the three lenses of the fourth component, falls on the third component of the mirror lens, passes through it and focuses in the rear focal plane of the second channel, which coincides with the focal plane of the mirror lens, forming an image of a different scale on the photocathode of the same image intensifier that and in the first channel.
Достоинством такой 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.The advantage of such a system [1] is the rational layout due to the coaxial mutual arrangement of the channels and the use of the central screening zone of the first component of the mirror-lens for applying a spectro-splitting coating and placing the components of the second channel.
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.The disadvantages of the system include the fact that images of both channels are formed simultaneously on the photocathode of one image intensifier tube, overlapping one another and varying in intensity and scale, which under certain conditions can cause serious mutual interference in the images.
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.In addition, the AI channel of the system [1] contains a large number of optical elements, has a large longitudinal size and focal length with a small entrance pupil diameter, which leads to a weakening of the useful signal in the channel and a decrease in its range.
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.Known two-channel mirror-lens system containing a mirror-lens channel of a night vision device (NVD) with an image intensifier tube and a lens thermal imaging (TP) channel [2] located in the zone of central shielding of the mirror-lens lens having a common sight axis.
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 мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону. Четвертый компонент представляет собой трехлинзовый компенсатор полевых аберраций.The mirror-lens channel of the NVD is made in the form of four components, the first of which has a cut out central zone, an annular reflective coating is applied to the second along the rays of the 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 along the rays and the cut out central zone. The fourth component is a three-lens field aberration compensator.
Линзовый ТП канал выполнен в виде двух компонентов, разнесенных вдоль оптической оси на значительное расстояние, достаточное, чтобы между ними установить поворотное зеркало и чтобы второй компонент ТП канала не экранировал кольцевую световую зону зеркально-линзового канала ПНВ.The lens TP channel is made in the form of two components spaced along the optical axis at a considerable distance sufficient to install a rotary mirror between them and so that the second component of the TP channel does not shield the annular light zone of the NVD mirror-lens channel.
Система обеспечивает рациональную компоновку и сокращение габаритов за счет использования зоны центрального экранирования первого компонента для размещения второго канала.The system provides a rational layout and reduction in size due to the use of the central shielding zone of the first component to accommodate the second channel.
Различные рабочие спектральные диапазоны каналов ПНВ (0.68…0.88 мкм) и ТП (8…12 мкм) не позволяют использовать в обоих из них одни и те же оптические элементы даже частично, что ведет к усложнению системы.The different working spectral ranges of the NVD channels (0.68 ... 0.88 μm) and TP (8 ... 12 μm) do not allow the use of the same optical elements in both of them even partially, which leads to a complication of the system.
Наиболее близкой по технической сущности для первого и второго вариантов заявляемых решений является оптическая система [3], входящая в состав переносного комбинированного прибора всепогодного и круглосуточного действия.The closest in technical essence to the first and second variants of the claimed solutions is an optical system [3], which is part of a portable combined device of all-weather and around-the-clock action.
Она представляет собой двухканальную зеркально-линзовую оптическую систему (далее - систему), содержащую первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающую в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов,It is a two-channel mirror-lens optical system (hereinafter referred to as the system) containing the first and second channels having a common sight axis, and including a fast long-focus mirror-lens lens, consisting of three components,
первый из которых по ходу лучей представляет собой плоско-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству предметов, и имеет вырезанную центральную зону,the first of which along the rays is a flat-convex lens convex to the space of objects, and has a cut out central zone,
на второй по ходу лучей поверхности первого компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие,on the second surface of the first component along the rays of the surface, an annular reflective coating is applied,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,the second 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 along the rays and a cut out central zone,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз.the third component is a lens compensator for field aberrations and consists of at least two lenses.
В вырезанной центральной зоне первого компонента размещен четвертый линзовый компонент, состоящий по меньшей мере из трех линз и имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом.In the cut out central zone of the first component, a fourth lens component is located, consisting of at least three lenses and having a common sight axis with a mirror-lens lens.
При этом третий и четвертый компоненты выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива.In this case, the third and fourth components are made so that together they form a short-focus lens, the image plane of which coincides with the image plane of the long-focus mirror-lens.
При этом первый, второй, третий и четвертый компоненты входят в первый канал системы.In this case, the first, second, third and fourth components are included in the first channel of the system.
Первый, второй и третий компоненты создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты создают изображение объекта 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.The first, second and third components create a large-scale image of the object in a narrow field of view, and the fourth and third components create an image of a small-scale object in a wide field of view in the first channel of the system on the same photodetector, providing variable magnification and expanding the range of the first channel .
Первый канал представляет собой низкоуровневый телевизионный лазерный активно-импульсный (АИ) канал и включает в себя в качестве приемного устройства ЭОП и телевизионную (ТВ) камеру с матричным фотоприемным устройством (ФПУ). ЭОП преобразует 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.The first channel is a low-level television laser active-pulse (AI) channel and includes an image intensifier tube and a television (TV) camera with a photodetector array (FPU) as a receiving device. The image converter converts the infrared image of the object on the photocathode into a visible one and enhances its brightness on its screen, and the lens mounted on the optical axis between the image intensifier and the TV camera transfers the image of the object from the image intensifier screen to the matrix FPU of the TV camera.
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 пятый компонент ДТВ канала не экранировал кольцевую световую зону зеркально-линзового объектива АИ канала.The second channel of the system is a daytime television (DTV) channel of a narrow field of view and includes the fourth and fifth lens components and a TV camera with a matrix FPU. The fourth component, located in the hole of the first component of the AI channel, contains three lenses and is common to the AI and DTV channels. The fifth component contains two lenses and is spaced apart from the fourth along the optical axis to a considerable distance sufficient to mount a rotary mirror and so that the fifth component of the DTV channel does not shield the annular light zone of the mirror-lens AI channel.
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.The prototype provides a high aperture, resolution and a variable increase in the AI channel with the rational use of useful space due to the placement of the fourth component, common for AI and DTV channels, in the central screening area of the mirror lens.
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.However, due to the two-stage conversion and image formation in the AI channel, first an image intensifier tube, then a TV camera with a matrix FPU, the mass, dimensions and cost of the system remain large. In addition, a flat DTV channel mirror mounted on the optical axis of the system between the fourth and third components along the beams shields a part of the radiation and thereby attenuates the useful signal in the short-focus lens of the AI channel, which leads to a decrease in the channel's detecting ability and reliability.
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 вариантах, объединенных единым изобретательским замыслом.The objective of the proposed technical solution is to increase the noise immunity, detection ability, speed and reliability of the system while reducing its weight and size characteristics. The problem is solved essentially the same way in the variants united by a single inventive concept.
Предложена двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система) (вариант 1), содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающая в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов,A two-channel mirror-lens optical system (hereinafter referred to as the system) (option 1) is proposed, comprising the first and second channels having a common line of sight, and including a fast long-focus mirror-lens lens consisting of three components,
первый из которых по ходу лучей представляет собой плоско-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству предметов, и имеет вырезанную центральную зону,the first of which along the rays is a flat-convex lens convex to the space of objects, and has a cut out central zone,
на второй по ходу лучей поверхности первого компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие,on the second surface of the first component along the rays of the surface, an annular reflective coating is applied,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,the second 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 along the rays and a cut out central zone,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,the third component is a lens compensator for field aberrations and consists of at least two lenses,
при этом в вырезанной центральной зоне первого компонента размещен четвертый линзовый компонент, состоящий по меньшей мере из трех линз и имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом.at the same time, in the cut out central zone of the first component, a fourth lens component is located, consisting of at least three lenses and having a common sight axis with a mirror-lens lens.
при этом третий и четвертый компоненты выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива,the third and fourth components are made so that together they form a short-focus lens, the image plane of which coincides with the image plane of a long-focus mirror-lens lens,
при этом первый, второй, третий и четвертый компоненты входят в первый канал системы,the first, second, third and fourth components are included in the first channel of the system,
первый, второй и третий компоненты создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты создают изображение объекта 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.the first, second and third components create a large-scale image of the object in a narrow field of view, and the fourth and third components create an image of a small-scale object in a wide field of view in the first channel of the system on the same photodetector, providing variable magnification and expanding the range of the first channel .
Новым является то, что первый канал системы образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном фотоприемном устройстве (ФПУ), а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ.What is new is that the first channel of the system forms a control channel (CC) with a working spectral range of 600 ... 1000 nm and forms an image of the object on an array photodetector (FPU), and the second channel of the system forms a receiving rangefinder channel (MPC) with a working spectral range of 1530 ... 1570 nm and fixes laser pulses reflected from the object on infrared (IR) FPU.
В систему введен спектроделительный компонент, расположенный на оптической оси между третьим компонентом и матричным ФПУ и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение в спектральном диапазоне 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение в спектральном диапазоне 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной под углом к оптической оси. Величина угла наклона определяется конструктивными или технологическими условиями.A spectro-splitting component is introduced into the system, located on the optical axis between the third component and the matrix FPU and made in the form of a glued prism, in which a spectro-splitting coating transmitting radiation in the spectral range of 600 ... 1000 nm to the matrix FPU KU and reflecting radiation in the spectral range of 1530 ... 1570 nm on IR FPU MPC, deposited on an internal bonded surface, inclined at an angle to the optical axis. The value of the angle of inclination is determined by design or technological conditions.
Каналы КУ и ПДК включают в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент, служащий для разделения каналов по спектру с минимальными потерями полезного сигнала в каждом из них.KU and MPC channels include the first, second, and third components of a mirror-lens objective and a spectro-splitting component, which serves to separate the channels along the spectrum with minimal loss of the useful signal in each of them.
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 при обеспечении большой светосилы и высоких уровней полезного сигнала в КУ и ПДК, определяющих необходимую дальность действия системы. При этом обеспечивается высокое качество изображения в обоих каналах за счет минимальных хроматических аберраций зеркально-линзового объектива в широком спектральном диапазоне.The use of the same elements of the mirror-lens objective and the spectrodividing component in both channels makes it possible to simplify the system, reduce the number of components and the mass and dimensional characteristics while ensuring a high aperture ratio and high levels of the useful signal in the KU and MPC, which determine the required range of the system. This ensures high image quality in both channels due to minimal chromatic aberrations of the mirror lens in a wide spectral range.
В систему введены раздвижная кольцевая непрозрачная диафрагма, расположенная на оси КУ между первым и вторым компонентами, и непрозрачный экран, расположенный перед четвертым линзовым компонентом со стороны пространства предметов и установленный с возможностью ввода/вывода из световой зоны короткофокусного линзового объектива. Они служат для поочередного перекрытия излучения, попадающего на матричное ФПУ КУ 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 ФПУ, не создают помех друг для друга. Этим не только существенно расширяется диапазон действия КУ без увеличения габаритов, но и повышается помехозащищенность системы. Использование одного общего дорогостоящего матричного ФПУ, а также вычислительного и электронного устройств обработки сигнала позволяют снизить стоимость системы.The system includes a sliding annular opaque diaphragm located on the KU axis between the first and second components, and an opaque screen located in front of the fourth lens component from the side of the object space and installed with the possibility of input / output from the light zone of the short-focus lens. They serve to alternately overlap the radiation that enters the matrix FPU KU through a telephoto mirror lens and a short focus lens. Due to this, images of the object, formed alternately at different scales, with different angular fields of view on the same matrix FPU, do not interfere with each other. This not only significantly extends the range of KU operation without increasing dimensions, but also increases the noise immunity of the system. The use of one common expensive matrix FPU, as well as computing and electronic signal processing devices, can reduce the cost of the system.
Между непрозрачным экраном и четвертым линзовым компонентом, расположенным в зоне центрального экранирования первого компонента, введен 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 КУ.Between an opaque screen and a fourth lens component located in the central shielding zone of the first component, a component of two optical wedges is inserted, mounted to rotate each wedge around the optical axis. By turning the wedges around the optical axis, the mirror-lens and lens short-focus KU lenses are aligned.
В ПДК введена плоско-выпуклая линза, обращенная плоской стороной к пространству предметов и приклеенная к грани спектроделительного компонента, обеспечивающей выход в ПДК излучения, отраженного от спектроделительного покрытия. Линза расположена соосно с зеркально-линзовым объективом. Она может быть выполнена как одиночной, так и склеенной из двух линз.A flat-convex lens is introduced into the MPC, with the flat side facing the space of objects and glued to the face of the spectrodividing component, which ensures that the radiation reflected from the spectrodividing coating enters the MPC. The lens is aligned with the mirror lens. It can be made either single or glued from two lenses.
В ПДК введен линзовый объектив, установленный за плоско-выпуклой линзой по ходу лучей соосно с ней на расстоянии, обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива, и фокусирующий излучение на ИК ФПУ. Объектив вместе с плоско-выпуклой линзой спектроделительного компонента составляют оптику переноса изображения из задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива на ИК ФПУ. Их введение позволяет обеспечить требуемые оптические характеристики ПДК и более компактно разместить ИК ФПУ.A lens has been introduced into the MPC, which is mounted behind the plane-convex lens along the rays coaxially with it at a distance, which ensures that the annular light zone of the mirror lens is not shielded, and focuses the radiation on the IR FPU. The lens, together with the plano-convex lens of the spectrodividing component, comprise the optics of image transfer from the rear focal plane of the mirror-lens to IR FPU. Their introduction allows us to provide the required optical characteristics of MPC and more compactly accommodate IR FPU.
Для подавления помех в ПДК из-за попадания на ИК ФПУ излучения спектрального диапазона 1530…1570 нм сквозь линзовый короткофокусный объектив центральная зона выпуклой поверхности плоско-выпуклой линзы, в пределах которой проходит указанное излучение, выполнена непрозрачной для его полного экранирования.To suppress interference in the MPC due to the radiation of the spectral range 1530 ... 1570 nm entering the IR FPU through the short-focus lens, the central zone of the convex surface of the plane-convex lens, within which the specified radiation passes, is opaque for its complete shielding.
Для второго варианта системы наиболее близкой по технической сущности является также система [3].For the second version of the system, the closest in technical essence is also the system [3].
Предложена двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система) (вариант 2), содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось, и включающая в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов,A two-channel mirror-lens optical system (hereinafter referred to as the system) (option 2) is proposed, comprising the first and second channels having a common line of sight, and including a fast long-focus mirror-lens lens consisting of three components,
первый из которых по ходу лучей представляет собой плоско-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству предметов, и имеет вырезанную центральную зону,the first of which along the rays is a flat-convex lens convex to the space of objects, and has a cut out central zone,
на второй по ходу лучей поверхности первого компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие,on the second surface of the first component along the rays of the surface, an annular reflective coating is applied,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,the second 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 along the rays and a cut out central zone,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,the third component is a lens compensator for field aberrations and consists of at least two lenses,
при этом в вырезанной центральной зоне первого компонента размещен четвертый линзовый компонент, состоящий по меньшей мере из трех линз и имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом.at the same time, in the cut out central zone of the first component, a fourth lens component is located, consisting of at least three lenses and having a common sight axis with a mirror-lens lens.
при этом третий и четвертый компоненты выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива,the third and fourth components are made so that together they form a short-focus lens, the image plane of which coincides with the image plane of a long-focus mirror-lens lens,
при этом первый, второй, третий и четвертый компоненты входят в первый канал системы,the first, second, third and fourth components are included in the first channel of the system,
первый, второй и третий компоненты создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты создают изображение объекта мелкого масштаба в широком поле зрения в первом канале системы на одном и том же фотоприемном устройстве. Этим обеспечивается переменное увеличение и расширяется диапазон действия первого канала.the first, second and third components create a large-scale image of the object in a narrow field of view, and the fourth and third components create an image of a small-scale object in a wide field of view in the first channel of the system on the same photodetector. This provides a variable increase and expands the range of the first channel.
Новым является то, что первый канал системы образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном фотоприемном устройстве (ФПУ), а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ.What is new is that the first channel of the system forms a control channel (CC) with a working spectral range of 600 ... 1000 nm and forms an image of the object on an array photodetector (FPU), and the second channel of the system forms a receiving rangefinder channel (MPC) with a working spectral range of 1530 ... 1570 nm and fixes laser pulses reflected from the object on infrared (IR) FPU.
В систему введен спектроделительный компонент, расположенный на оптической оси за третьим компонентом по ходу лучей и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение в спектральном диапазоне 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение в спектральном диапазоне 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной под углом к оптической оси. Величина угла наклона определяется конструктивными или технологическими условиями.A spectro-splitting component is introduced into the system, located on the optical axis behind the third component along the rays and made in the form of a glued prism, in which a spectro-splitting coating transmitting radiation in the spectral range of 600 ... 1000 nm to the matrix FPU KU and reflecting radiation in the spectral range of 1530 ... 1570 nm on IR FPU MPC, deposited on an internal bonded surface, inclined at an angle to the optical axis. The value of the angle of inclination is determined by design or technological conditions.
Каналы КУ и ПДК включают в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент, служащий для разделения каналов с минимальными потерями мощности полезного сигнала в каждом из них.KU and MPC channels include the first, second, and third components of a mirror-lens lens and a spectro-splitting component, which serves to separate channels with minimal loss of useful signal power in each of them.
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 при обеспечении большой светосилы и высоких уровней полезного сигнала в КУ и ПДК, определяющих необходимую дальность действия системы. При этом обеспечивается высокое качество изображения в обоих каналах за счет минимальных хроматических аберраций зеркально-линзового объектива в широком спектральном диапазоне.The use of the same elements of the mirror-lens objective and the spectrodividing component in both channels makes it possible to simplify the system, reduce the number of components and the mass and dimensional characteristics while ensuring a high aperture ratio and high levels of the useful signal in the KU and MPC, which determine the required range of the system. This ensures high image quality in both channels due to minimal chromatic aberrations of the mirror lens in a wide spectral range.
В КУ введены соосно с ним и последовательно по ходу лучей диафрагма поля зрения, установленная в общей плоскости изображений зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов КУ, и линзовый объектив переноса изображения. Объектив состоит из пятого и шестого линзовых компонентов и оптически сопрягает плоскость диафрагмы поля зрения с плоскостью матричного ФПУ. Введение диафрагмы поля зрения и линзового объектива переноса изображения существенно повышает помехозащищенность КУ от фоновых излучений.In the KU, a diaphragm of the field of view, installed in the common plane of images of the mirror-lens and lens short-focus KU lenses, and a lens image transfer lens are introduced coaxially with it and sequentially along the rays of the rays. The lens consists of the fifth and sixth lens components and optically matches the plane of the diaphragm of the field of view with the plane of the matrix FPU. The introduction of the diaphragm of the field of view and the lens of the image transfer lens significantly increases the noise immunity of the control unit from background radiation.
Пятый и шестой линзовые компоненты состоят по меньшей мере из трех линз каждый.The fifth and sixth lens components consist of at least three lenses each.
Между пятым и шестым линзовыми компонентами КУ введена 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. Диаметры входных зрачков выбраны такими, чтобы их изображения не перекрывали друг друга в плоскости апертурной диафрагмы,An aperture diaphragm is inserted between the fifth and sixth lens components of the KU, the plane of which is optically coupled to both the entrance pupil of the mirror-lens lens, having an annular shape with central shielding, and the entrance pupil of the lens short-focus lens, which has a circle shape. The diameters of the entrance pupils are selected so that their images do not overlap each other in the plane of the aperture diaphragm,
Апертурная диафрагма выполнена с возможностью поворота вокруг оптической оси, содержит одно кольцевое отверстие с центральным экранированием и одно круглое отверстие, 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 ФПУ сквозь зеркально-линзовый и линзовый короткофокусный объективы КУ. 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 КУ без увеличения габаритов, но и повышается помехозащищенность системы. Такой способ перемены увеличения КУ реализуется достаточно просто, повышает быстродействие и надежность системы.The aperture diaphragm is rotatable around the optical axis, contains one annular hole with central shielding and one circular hole, the sizes of which correspond to the cross sections of the beams of the mirror-lens and lens short-focus lenses in the plane of the aperture diaphragm. By turning the diaphragm around the optical axis from one fixed position to another, the radiation passing to the matrix FPU through the mirror-lens and lens short-focus KUs is completely blocked alternately. Due to this, images of the object are formed alternately at different scales, with different angular fields of view on the same matrix FPU and do not interfere with each other. This not only provides a variable increase, significantly expanding the range of KU operation without increasing dimensions, but also increases the noise immunity of the system. This method of changing the increase in KU is implemented quite simply, increases the speed and reliability of the system.
Перед четвертым линзовым компонентом со стороны пространства предметов, расположенным в зоне центрального экранирования первого компонента, введен 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 КУ.In front of the fourth lens component from the side of the object’s space, located in the zone of central shielding of the first component, a component of two optical wedges is inserted, which can rotate each wedge around the optical axis. By turning the wedges around the optical axis, the mirror-lens and lens short-focus KU lenses are aligned.
В ПДК введена плоско-выпуклая линза, обращенная плоской стороной к пространству предметов и приклеенная к грани спектроделительного компонента, обеспечивающей выход в ПДК излучения, отраженного от спектроделительного покрытия. Линза расположена соосно с зеркально-линзовым объективом. Она может быть выполнена как одиночной, так и склеенной из двух линз.A flat-convex lens is introduced into the MPC, with the flat side facing the space of objects and glued to the face of the spectrodividing component, which ensures that the radiation reflected from the spectrodividing coating enters the MPC. The lens is aligned with the mirror lens. It can be made either single or glued from two lenses.
В ПДК введен линзовый объектив, установленный за плоско-выпуклой линзой по ходу лучей соосно с ней на расстоянии, обеспечивающем отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива, и фокусирующий излучение на ИК ФПУ. Объектив вместе с плоско-выпуклой линзой спектроделительного компонента составляют оптику переноса изображения из задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива на ИК ФПУ. Их введение позволяет обеспечить требуемые оптические характеристики ПДК и более компактно разместить ИК ФПУ.A lens has been introduced into the MPC, which is mounted behind the plane-convex lens along the rays coaxially with it at a distance, which ensures that the annular light zone of the mirror lens is not shielded, and focuses the radiation on the IR FPU. The lens, together with the plano-convex lens of the spectrodividing component, comprise the optics of image transfer from the rear focal plane of the mirror-lens to IR FPU. Their introduction allows us to provide the required optical characteristics of MPC and more compactly accommodate IR FPU.
Для подавления помех в ПДК из-за попадания на ИК ФПУ излучения спектрального диапазона 1530…1570 нм сквозь линзовый короткофокусный объектив центральная зона выпуклой поверхности плоско-выпуклой линзы, в пределах которой проходит указанное излучение, выполнена непрозрачной для его полного экранирования.To suppress interference in the MPC due to the radiation of the spectral range 1530 ... 1570 nm entering the IR FPU through the short-focus lens, the central zone of the convex surface of the plane-convex lens, within which the specified radiation passes, is opaque for its complete shielding.
Между пятым и шестым линзовыми компонентами КУ введен защитный экран, установленный с возможностью ввода/вывода из световой зоны КУ и обеспечивающий одновременное полное перекрытие излучения зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов КУ. Он служит для защиты матричного ФПУ от разрушающих естественных и организованных излучений.Between the fifth and sixth lens components of the KU, a protective screen is introduced, installed with the possibility of input / output from the light zone of the KU and providing simultaneous complete overlap of radiation from the mirror-lens and lens short-focus lenses of the KU. It serves to protect the matrix FPU from destructive natural and organized radiation.
Между шестым компонентом КУ и матричным ФПУ на оптической оси введены второй спектроделительный компонент и ФПУ синхронизации. Второй спектроделительный компонент выполнен в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной к оптической оси под углом, выбранным по технологическим условиям. Спектроделительное покрытие отражает излучение спектрального диапазона 600…850 нм на матричное ФПУ и пропускает излучение спектрального диапазона 850…1000 нм на ФПУ синхронизации при минимальных потерях мощности полезных сигналов на обоих ФПУ. ФПУ синхронизации введено в КУ для выработки импульсов, управляющих матричным ФПУ, и повышает помехозащищенность и надежность КУ.Between the sixth KU component and the matrix FPU on the optical axis, a second spectro-splitting component and synchronization FPU are introduced. The second spectrodividing component is made in the form of a glued prism, in which the spectrodividing coating is applied on the internal glued surface inclined to the optical axis at an angle selected according to the technological conditions. The spectrodividing coating reflects the radiation of the spectral range of 600 ... 850 nm to the matrix FPU and transmits the radiation of the spectral range of 850 ... 1000 nm to the FPU synchronization with minimal power loss of the useful signals on both FPUs. FPU synchronization is introduced in the KU to generate pulses that control the matrix of the FPU, and increases the noise immunity and reliability of the KU.
Между вторым спектроделительным компонентом и одним из ФПУ КУ или обоими сразу введена диафрагма с отверстием, ограничивающим размер поля зрения КУ. Это также повышает помехозащищенность системы.Between the second spectrodividing component and one of the FPU KU or both immediately entered a diaphragm with a hole that limits the size of the field of view of KU. It also increases the noise immunity of the system.
Диафрагма выполнена с возможностью поворота вокруг оптической оси и имеет два или более отверстий разного размера, поочередно ограничивающих размер поля зрения КУ в процессе цикла управления.The diaphragm is made to rotate around the optical axis and has two or more holes of different sizes, which alternately limit the size of the field of view of the control unit during the control cycle.
Для третьего варианта системы наиболее близким по технической сущности является система [1].For the third version of the system, the closest in technical essence is the system [1].
Предложена двухканальная зеркально-линзовая оптическая система (далее - система) (вариант 3), содержащая первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось и включающая в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, состоящий из трех компонентов.A two-channel mirror-lens optical system (hereinafter referred to as the system) (option 3) is proposed, comprising the first and second channels having a common line of sight and including a fast long-focus mirror-lens lens consisting of three components.
Первый из компонентов по ходу лучей выполнен в виде плоско-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов, 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,The first component along the rays is made in the form of a plano-convex lens convex to the space of objects, in the central zone of the second along the rays of the flat surface of the first component, a spectro-splitting coating is applied that fully reflects the working spectral range of the first channel and completely transmits the working spectral range of the second channel ,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,the second 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 along the rays and a cut out central zone,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,the third component is a lens compensator for field aberrations and consists of at least two lenses,
при этом первый канал системы включает в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива.however, the first channel of the system includes the first, second and third components of the mirror-lens lens.
Новым является то, что в первый канал введено матричное фотоприемное устройство (ФПУ), установленное в фокальной плоскости зеркально-линзового объектива за третьим по ходу лучей компонентом.What is new is that a matrix photodetector (FPU) is installed in the first channel, which is installed in the focal plane of the mirror lens behind the third component along the rays.
При этом первый канал образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм, излучение в котором, отражаясь спектроделительным покрытием первого компонента, фокусируется и формирует изображение объекта на матричном ФПУ.In this case, the first channel forms a control channel (CC) with a working spectral range of 600 ... 1000 nm, the radiation in which, reflected by the spectrodividing coating of the first component, focuses and forms an image of the object on a matrix FPU.
Второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм, излучение в котором проходит сквозь спектроделительное покрытие первого компонента.The second channel of the system forms a receiving rangefinder channel (MPC) with a working spectral range of 1530 ... 1570 nm, the radiation in which passes through the spectro-splitting coating of the first component.
Во второй канал введен четвертый компонент, установленный перед первым компонентом со стороны пространства предметов. Четвертый компонент выполнен в виде призмы АР-90° и расположен таким образом, что одна из катетных граней призмы АР-90° приклеена к первой поверхности первого компонента, в центральной части которой имеется плоскость.The fourth component is introduced into the second channel, which is installed in front of the first component from the side of the space of objects. The fourth component is made in the form of an AP-90 ° prism and is located in such a way that one of the leg faces of the AP-90 ° prism is glued to the first surface of the first component, in the central part of which there is a plane.
При этом в ПДК введено инфракрасное (ИК) ФПУ, установленное за второй по ходу лучей катетной гранью призмы АР-90° в фокальной плоскости первого и второго компонентов и фиксирующее отраженные от объекта лазерные импульсы.At the same time, an infrared (IR) FPU was introduced in the MPC, which was installed behind the second along the cathet face of the AR-90 ° prism in the focal plane of the first and second components and fixing the laser pulses reflected from the object.
ИК ФПУ удалено от призмы АР-90° на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива.IR FPU is removed from the AR-90 ° prism to a distance ensuring the absence of shielding of the annular light zone of the mirror-lens lens.
Между призмой АР-90° и ИК ФПУ могут быть введены поворотное зеркало и линзовый объектив, обеспечивающие перенос изображения из задней фокальной плоскости первого и второго компонентов на ИК ФПУ. Их введение позволяет обеспечить оптимальные оптические характеристики ПДК и более компактно разместить ИК ФПУ.Between the prism of the AR-90 ° and the IR FPU, a rotary mirror and a lens can be introduced to provide image transfer from the rear focal plane of the first and second components to the IR FPU. Their introduction allows us to ensure optimal optical characteristics of the MPC and more compactly accommodate IR FPU.
При этом поворотное зеркало и линзовый объектив удалены от призмы АР-90° на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива.In this case, the rotary mirror and the lens lens are removed from the AR-90 ° prism to a distance that ensures the absence of screening of the annular light zone of the mirror-lens lens.
В третьем варианте системы существенно упрощена схема, уменьшены количество компонентов в каналах и повышена помехозащищенность, по сравнению с прототипом [1]. Это достигнуто за счет расположения призмы АР-90° в зоне экранирования первого компонента зеркально-линзового объектива, введения ИК ФПУ в ПДК и выполнения спектроделительного покрытия для разделения КУ и ПДК по рабочим спектральным диапазонам с минимальными потерями полезных сигналов в обоих каналах.In the third version of the system, the circuit is significantly simplified, the number of components in the channels is reduced, and the noise immunity is increased compared to the prototype [1]. This was achieved due to the location of the AR-90 ° prism in the shielding zone of the first component of the mirror-lens lens, the introduction of IR FPU in the MPC, and the implementation of a spectro-splitting coating to separate KU and MPC along the working spectral ranges with minimal loss of useful signals in both channels.
При этом сохраняются большая светосила и дифракционное качество изображения в КУ и ПДК благодаря минимальным хроматическим аберрациям зеркально-линзового объектива в широком спектральном диапазоне (600…1000 нм и 1530…1570 нм), определяющие разрешающую способность и дальность действия системы.At the same time, a large aperture and diffraction quality of the image in the KU and MPC are preserved due to the minimal chromatic aberrations of the mirror lens in a wide spectral range (600 ... 1000 nm and 1530 ... 1570 nm), which determine the resolution and range of the system.
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.Thus, in all the proposed variants of two-channel mirror-lens systems, united by a single inventive concept, the task of increasing the detecting ability, speed, noise immunity and reliability, as well as improving the mass-dimensional characteristics, was solved essentially in the same way, namely: the coaxial arrangement of the channels , using the same optical components in different channels due to the selection and design of mirror-lens lenses with minimal chromatic aberration radios in a wide spectral range, channel separation with the help of spectro-dividing components according to the working spectral ranges with minimal power loss of useful signals.
Сущность предложенных изобретений поясняется чертежами.The essence of the proposed invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 приведена оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы в первом варианте исполнения.Figure 1 shows the optical diagram of a two-channel mirror-lens system in the first embodiment.
На фиг.2 - оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы в первом варианте исполнения с оптикой переноса изображения в ПДК.Figure 2 is an optical diagram of a two-channel mirror-lens system in the first embodiment with optics for image transfer to the MPC.
На фиг.3 - оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы во втором варианте исполнения.Figure 3 is an optical diagram of a two-channel mirror-lens system in the second embodiment.
На фиг.4 изображена конфигурация подвижной апертурной диафрагмы во втором варианте исполнения.Figure 4 shows the configuration of the movable aperture diaphragm in the second embodiment.
На фиг.5 приведена оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы в третьем варианте исполнения.Figure 5 shows the optical diagram of a two-channel mirror-lens system in the third embodiment.
На фиг.6 - оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы в третьем варианте исполнения с оптикой переноса изображения в ПДК.Figure 6 is an optical diagram of a two-channel mirror-lens system in the third embodiment with optics for image transfer to the MPC.
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 компонент 1 в виде плоско-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов и имеющей вырезанную центральную зону, компонент 2 в виде мениска, обращенного вогнутыми сторонами к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу луча поверхности и вырезанную центральную зону, и компонент 3 в виде линзового компенсатора полевых аберраций, состоящего из трех линз.The two-channel mirror-lens optical system (hereinafter referred to as the system) in the first embodiment (Fig. 1) contains the first and second channels having a common sight axis. The system includes a mirror-lens lens containing a
В вырезанной центральной зоне компонента 1 соосно с зеркально-линзовым объективом 1-3 размещен компонент 4, состоящий из четырех линз, две из которых склеенные, при этом компоненты 1-4 входят в первый канал системы.In the cut out central zone of
Компоненты 4 и 3 выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива 1-3.
Компоненты 1-3 создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а компоненты 4, 3 создают изображение объекта мелкого масштаба в широком поле зрения в первом канале системы на одном и том же фотоприемном устройстве (ФПУ).Components 1-3 create a large-scale image of an object in a narrow field of view, and
Первый канал системы образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном ФПУ, а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ.The first channel of the system forms a control channel (CC) with a working spectral range of 600 ... 1000 nm and forms an image of the object on a matrix FPU, and the second channel of the system forms a receiving rangefinder channel (MPC) with a working spectral range of 1530 ... 1570 nm and captures laser reflected from the object pulses on infrared (IR) FPU.
В систему введен спектроделительный компонент 5, расположенный на оптической оси между компонентом 3 и матричным ФПУ и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение спектрального диапазона 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной под углом 45° к оптической оси.A
Каналы КУ и ПДК включают в себя 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.KU and MPC channels include components 1-3 of a mirror-lens objective and a spectro-splitting
В систему введены раздвижная кольцевая непрозрачная диафрагма 6, расположенная на оси КУ между компонентами 1 и 2, и непрозрачный экран 7, расположенный перед линзовым компонентом 4 со стороны пространства предметов и установленный с возможностью ввода/вывода из световой зоны короткофокусного линзового объектива 4, 3. Они служат для поочередного перекрытия излучения, попадающего на матричное ФПУ КУ 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.A sliding ring
Между непрозрачным экраном 7 и линзовым компонентом 4, расположенным в зоне центрального экранирования компонента 1, введен 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 объективов 4, 3 КУ.Between the
На фиг.2 изображена модификация системы в первом варианте исполнения, в которой в ПДК введена плоско-выпуклая линза 9, обращенная плоской стороной к пространству предметов и приклеенная к грани спектроделительного компонента 5, обеспечивающей выход в ПДК излучения, отраженного от спектроделительного покрытия. Спектроделительное покрытие нанесено на внутренней склеенной поверхности, составляющей с осью оптической системы угол 67,5°. Линза 9 расположена соосно с зеркально-линзовым объективом 1-3 и выполнена склеенной из двух одиночных линз.Figure 2 shows a modification of the system in the first embodiment, in which a plano-
В ПДК введен линзовый объектив 10, установленный за линзой 9 по ходу лучей соосно с ней и фокусирующий излучение на ИК ФПУ. Объектив 10 вместе с линзой 9 составляют оптику переноса изображения из задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива 1-3 на ИК ФПУ. Расстояние между линзой 9 и объективом 10 должно быть достаточно велико, чтобы не экранировать кольцевую световую зону зеркально-линзового объектива 1-3.A
Для подавления помех в ПДК из-за попадания на ИК ФПУ излучения спектрального диапазона 1530…1570 нм сквозь линзовый короткофокусный объектив 4, 3 центральная зона линзы 9, в пределах которой проходит указанное излучение, выполнена непрозрачной для его полного экранирования.To suppress interference in the MPC due to the radiation of the spectral range 1530 ... 1570 nm entering the IR FPU through the short-
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 компонент 1 в виде плоско-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов и имеющей вырезанную центральную зону, компонент 2 в виде мениска, обращенного вогнутыми сторонами к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу луча поверхности и вырезанную центральную зону, и компонент 3 в виде линзового компенсатора полевых аберраций, состоящего из трех линз.The system in the second embodiment (figure 3) contains the first and second channels having a common sight axis. The system includes a mirror-lens lens containing a
В вырезанной центральной зоне компонента 1 размещен компонент 4, состоящий из четырех линз, две из которых склеенные, имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом 1-3, при этом компоненты 1-4 входят в первый канал системы.In the cut out central zone of
Компоненты 4 и 3 выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива 1-3.
Компоненты 1-3 создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а компоненты 4, 3 создают изображение объекта мелкого масштаба в широком поле зрения на одном и том же фотоприемном устройстве (ФПУ).Components 1-3 create a large-scale image of an object in a narrow field of view, and
Первый канал системы образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном ФПУ, а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ.The first channel of the system forms a control channel (CC) with a working spectral range of 600 ... 1000 nm and forms an image of the object on a matrix FPU, and the second channel of the system forms a receiving rangefinder channel (MPC) with a working spectral range of 1530 ... 1570 nm and captures laser reflected from the object pulses on infrared (IR) FPU.
В систему введен спектроделительный компонент 5, расположенный на оптической оси за компонентом 3 по ходу лучей и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение спектрального диапазона 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, составляющей угол 67,5° с оптической осью системы.A spectro-splitting
Каналы КУ и ПДК включают в себя 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.KU and MPC channels include components 1-3 of a mirror-lens objective and a spectro-splitting
В КУ введены соосно с ним и последовательно по ходу лучей диафрагма поля зрения 6, установленная в общей плоскости изображений зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного объективов 4, 3 КУ, и линзовый объектив переноса изображения. Объектив состоит из линзовых компонентов 7, 8 и оптически сопрягает плоскость диафрагмы поля зрения 6 с плоскостью матричного ФПУ.A diaphragm of the field of
Линзовый компонент 7 состоит из пяти одиночных линз и включает в себя светофильтр, блокирующий коротковолновый нерабочий участок спектра КУ, компонент 8 состоит из пяти одиночных линз.The
Между линзовыми компонентами 7 и 8 КУ введена апертурная диафрагма 9, плоскость которой оптически сопряжена как с входным зрачком зеркально-линзового объектива 1-3, имеющим кольцевую форму с центральным экранированием, так и со 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.An
Конфигурация отверстий а и b в апертурной диафрагме 9 приведена на фиг.4а). Апертурная диафрагма 9 выполнена с возможностью поворота вокруг оптической оси, содержит одно кольцевое отверстие а с центральным экранированием и одно круглое отверстие b, размеры которых соответствуют поперечным сечениям пучков зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного 4, 3 объективов в плоскости 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 КУ.The configuration of the holes a and b in the
Перед линзовым компонентом 4 (фиг.3) со стороны пространства предметов, 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 зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного 4, 3 объективов КУ.In front of the lens component 4 (FIG. 3), from the side of the object space located in the zone of central shielding of
В ПДК введена плоско-выпуклая линза 11, обращенная плоской стороной к пространству предметов и приклеенная к грани спектроделительного компонента 5, обеспечивающей выход в ПДК излучения, отраженного от спектроделительного покрытия. Линза 11 расположена соосно с зеркально-линзовым объективом 1-3 и выполнена склеенной из двух одиночных линз.A flat-
В ПДК введен линзовый объектив 12, установленный за линзой 11 по ходу лучей соосно с ней и фокусирующий излучение на ИК ФПУ. Объектив 12 состоит из трех линз, одна из которых склеенная, и вместе с линзой 11 составляет оптику переноса изображения из задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива 1-3 на ИК ФПУ.A
Расстояние между плосковыпуклой линзой 11 и объективом 12 должно быть достаточно велико, чтобы не экранировать кольцевую световую зону зеркально-линзового объектива.The distance between the plano-
Для подавления помех в ПДК из-за попадания на ИК ФПУ излучения спектрального диапазона 1530…1570 нм сквозь линзовый короткофокусный объектив 4,3 центральная зона линзы 11, в пределах которой проходит указанное излучение, выполнена непрозрачной для его полного экранирования.To suppress interference in the MPC due to the radiation of the spectral range 1530 ... 1570 nm entering the IR FPU through the short-focus lens 4.3, the central zone of the
Между линзовыми компонентами 7 и 8 КУ введен защитный экран 13, установленный с возможностью ввода/вывода из световой зоны КУ и обеспечивающий одновременное полное перекрытие излучения зеркально-линзового 1-3 и линзового короткофокусного 4, 3 объективов КУ.Between the
Между компонентом 8 КУ и матричным ФПУ на оптической оси введены второй спектроделительный компонент 14 и ФПУ синхронизации. Спектроделительный компонент 14 выполнен в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие нанесено на внутренней склеенной поверхности, составляющей с оптической осью угол 67,5°. Спектроделительное покрытие отражает излучение спектрального диапазона 600…850 нм на матричное ФПУ и пропускает излучение спектрального диапазона 850…1000 нм на ФПУ синхронизации при минимальных потерях мощности полезных сигналов. ФПУ синхронизации введено в КУ для выработки импульсов, управляющих матричным ФПУ.Between the
Между спектроделительным компонентом 14 и ФПУ синхронизации КУ введена диафрагма 15 с отверстием, ограничивающим размер поля зрения КУ в процессе цикла управления. Диафрагма 15 выполнена с возможностью поворота вокруг оптической оси.A
Система в третьем варианте исполнения (фиг.5) содержит первый и второй каналы, имеющие общую визирную ось. Система включает в себя светосильный длиннофокусный зеркально-линзовый объектив, содержащий компонент 1 в виде плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов. В центральной зоне второй по ходу лучей плоской поверхности компонента 1 нанесено спектроделительное покрытие, полностью отражающее рабочий спектральный диапазон первого канала и полностью пропускающее рабочий спектральный диапазон второго канала. Далее по ходу лучей установлены компонент 2 в виде мениска, обращенного вогнутыми сторонами к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу луча поверхности и вырезанную центральную зону, и компонент 3 в виде линзового компенсатора полевых аберраций, состоящего из трех линз.The system in the third embodiment (figure 5) contains the first and second channels having a common sight axis. The system includes a fast aperture telephoto mirror
Первый канал системы включает в себя компоненты 1-3.The first channel of the system includes components 1-3.
В первый канал введено матричное фотоприемное устройство (ФПУ), установленное в фокальной плоскости зеркально-линзового объектива 1-3 за компонентом 3 по ходу лучей.A matrix photodetector (FPU) is introduced into the first channel, which is installed in the focal plane of the mirror-lens lens 1-3 behind
При этом первый канал образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм, излучение в котором, отражаясь спектроделительным покрытием компонента 1, фокусируется и формирует изображение объекта на матричном ФПУ.In this case, the first channel forms a control channel (CC) with a working spectral range of 600 ... 1000 nm, the radiation in which, reflected by the spectrodividing coating of
Второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм, излучение в котором проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 1.The second channel of the system forms a receiving rangefinder channel (MPC) with a working spectral range of 1530 ... 1570 nm, the radiation in which passes through the spectro-splitting coating of
Во второй канал введен компонент 4, установленный перед компонентом 1 со стороны пространства предметов. Компонент 4 выполнен в виде призмы АР-90° и расположен таким образом, что одна из катетных граней призмы АР-90° приклеена к первой поверхности компонента 1, в центральной части которой имеется плоскость.
При этом в ПДК введено инфракрасное (ИК) ФПУ, установленное за второй по ходу лучей катетной гранью призмы АР-90° в фокальной плоскости компонентов 1-2 и фиксирующее отраженные от объекта лазерные импульсы.At the same time, an infrared (IR) FPU was introduced in the MPC, which was installed behind the second along the cathete face of the AR-90 ° prism in the focal plane of components 1-2 and fixing the laser pulses reflected from the object.
ИК ФПУ удалено от компонента 4 на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива 1-3.IR FPU is removed from
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, 6 позволяет обеспечить оптимальные оптические характеристики ПДК 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.Figure 6 shows a modification of the system in the third embodiment, the essence of which is that between the
Система в первом варианте исполнения (фиг.1) работает следующим образом. Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона КУ 600…1000 нм, идущее от удаленного объекта, и импульсное излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…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.The system in the first embodiment (figure 1) works as follows. The pulsed radiation of the working spectral range KU 600 ... 1000 nm, coming from a distant object, and the pulsed radiation of the working spectral range MPC 1530 ... 1570 nm, reflected from a distant object, when the sliding
Излучение спектрального диапазона 600…1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 5 и фокусируется, образуя крупномасштабное изображение объекта на фоточувствительной площадке матричного ФПУ КУ.The radiation of the spectral range 600 ... 1000 nm passes through the spectrodividing coating of
Излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм отражается от спектроделительного покрытия компонента 5 и фокусируется на фоточувствительной площадке ИК ФПУ ПДК. В модификации первого варианта системы, изображенной на фиг.2, излучение спектрального диапазона 1530…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.The radiation of the spectral range 1530 ... 1570 nm is reflected from the spectrodividing coating of
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 КУ и ПДК, идущее от удаленного объекта, проходит последовательно компонент оптических клиньев 8, линзовые компоненты 4, 3 короткофокусного объектива и попадает на спектроделительное покрытие компонента 5.When the
Излучение спектрального диапазона 600…1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 5 и фокусируется, образуя мелкомасштабное изображение объекта на фоточувствительной площадке матричного ФПУ КУ. Излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм отражается от спектроделительного покрытия компонента 5 и фокусируется на фоточувствительной площадке ИК ФПУ ПДК, как показано на фиг.1.The radiation of the spectral range 600 ... 1000 nm passes through the spectrodividing coating of
В модификации первого варианта системы, изображенной на фиг.2, излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм после прохождения сквозь короткофокусный объектив 4-3 на фоточувствительную площадку ИК ФПУ не попадает, задерживаясь непрозрачной центральной зоной плоско-выпуклой линзы 9.In the modification of the first version of the system shown in Fig. 2, the radiation of the spectral range 1530 ... 1570 nm after passing through the short-focus lens 4-3 does not fall on the photosensitive area of the IR FPU, being delayed by the opaque central zone of the plano-
Система во втором варианте исполнения (фиг.3) работает следующим образом.The system in the second embodiment (figure 3) works as follows.
Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона КУ 600…1000 нм, идущее от удаленного объекта, если диафрагма 9 находится в положении 1 (фиг.4б)), при котором она пропускает излучение через длиннофокусный зеркально-линзовый объектив 1-3 и полностью экранирует излучение через короткофокусный линзовый объектив 4, 3, проходит последовательно компоненты 1, 2, отражается от внутреннего зеркального покрытия на второй по ходу луча поверхности компонента 2, затем - 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.Pulse radiation of the working spectral range KU 600 ... 1000 nm, coming from a distant object, if the
Далее излучение проходит компонент 7, диафрагму 9, компонент 8, попадает на спектроделительное покрытие компонента 14, от которого отражается область спектра 600…850 нм и снова фокусируется, образуя крупномасштабное изображение объекта на фоточувствительной площадке матричного ФПУ КУ. Излучение спектрального диапазона 850…1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 14 и фокусируется на фоточувствительной площадке ФПУ синхронизации, управляющего работой матричного ФПУ.Then the radiation passes through
Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона КУ 600…1000 нм, идущее от удаленного объекта, если диафрагма 9 находится в положении 2 (фиг.4б), при котором она экранирует излучение через длиннофокусный зеркально-линзовый 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.Pulse radiation of the working spectral range KU 600 ... 1000 nm, coming from a distant object, if the
Далее излучение проходит компонент 7, диафрагму 9, компонент 8 и попадает на спектроделительное покрытие компонента 14, от которого отражается область спектра 600…850 нм и снова фокусируется, образуя мелкомасштабное изображение объекта на фоточувствительной площадке матричного ФПУ КУ. Излучение спектрального диапазона 850…1000 нм проходит сквозь спектроделительное покрытие компонента 14 и фокусируется на фоточувствительной площадке ФПУ синхронизации, управляющего работой матричного ФПУ.Next, the radiation passes through
Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…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.The pulsed radiation of the working spectral range MPC 1530 ... 1570 nm passes through a mirror-lens lens 1-3 and focuses in its rear focal plane, and then is transferred by a plano-
Излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…1570 нм через объектив 4, 3 на фоточувствительную площадку ИК ФПУ не попадает, задерживаясь на непрозрачной центральной зоне плоско-выпуклой линзы 11.The radiation of the working spectral range of the MPC 1530 ... 1570 nm through the
Система в третьем варианте исполнения (фиг.5) работает следующим образом. Импульсное излучение рабочего спектрального диапазона КУ 600…1000 нм, идущее от удаленного объекта, и импульсное излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…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 КУ 600…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 КУ.The system in the third embodiment (figure 5) works as follows. Pulse radiation of the working spectral range KU 600 ... 1000 nm, coming from a distant object, and pulsed radiation of the working spectral range MPC 1530 ... 1570 nm, reflected from a distant object, pass sequentially
Излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…1570 нм проходит через 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.The radiation of the working spectral range of the MPC 1530 ... 1570 nm passes through the spectrodividing coating of
В модификации третьего варианта системы, как показано на фиг.6, излучение рабочего спектрального диапазона ПДК 1530…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.In the modification of the third version of the system, as shown in Fig.6, the radiation of the working spectral range of the MPC 1530 ... 1570 nm after focusing in the rear focal plane of components 1-2 is reflected by a
В качестве конкретного примера исполнения двухканальной зеркально-линзовой системы по второму варианту в таблицах 1-6 приведены конструктивные параметры оптических систем каналов КУ и ПДК, а также их ЧКХ и ФКЭ, подтверждающие высокое качество изображения в обоих каналах.As a specific example of the implementation of the two-channel mirror-lens system according to the second embodiment, tables 1-6 show the design parameters of the optical systems of the KU and MPC channels, as well as their frequency and frequency characteristics, confirming the high image quality in both channels.
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 0.6…0.85 мкм.Table 1
Design parameters of the mirror-lens long-focus KU (f '= 164.5 mm, entrance pupil diameter D = 72 mm, D: f' = 1: 2.3, D eff : f '= 1: 2.7, angular field of view in the space of objects 2W = 1.72 × 2.3 °, spectral range 0.6 ... 0.85 μm.
Полихроматические коэффициенты передачи модуляции зеркально-линзового длиннофокусного КУ (f'=164,5 мм)table 2
Polychromatic transmission coefficients of modulation of a mirror-lens telephoto lens (f '= 164.5 mm)
Конструктивные параметры линзового короткофокусного КУ (f'=27.76 мм, диаметр входного зрачка D=7.1 мм, D:f'=l:3.9, угловое поле зрения в пространстве предметов 2W=9×l3.5°, спектральный интервал 0.6…0.85 мкм.Table 3
Design parameters of the short-focus lens KU (f '= 27.76 mm, entrance pupil diameter D = 7.1 mm, D: f' = l: 3.9, angular field of view in the space of objects 2W = 9 × l3.5 °, spectral range 0.6 ... 0.85 μm .
Полихроматические коэффициенты передачи модуляции линзового КУ (f'=27.76 мм)Table 4
Polychromatic transmission coefficients of the modulation of the lens KU (f '= 27.76 mm)
Конструктивные параметры ПДК (f'=110 мм, диаметр входного зрачка D=72 мм, D:f'=l:1.54, Dэф:f'=1:1.8, угловое поле зрения в пространстве предметов 2W=6', спектральный интервал 1.53…1.57 мкм.Table 5
MPC design parameters (f '= 110 mm, entrance pupil diameter D = 72 mm, D: f' = l: 1.54, D eff : f '= 1: 1.8, angular field of view in the space of objects 2W = 6', spectral interval 1.53 ... 1.57 microns.
Значения концентрации энергии в плоскости изображения ПДК (f'=110 мм), %Table 6
The values of the energy concentration in the image plane MPC (f '= 110 mm),%
Источники информацииInformation sources
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.44-49.1. Volkov V.G., Dobrovolsky Yu.A., Koshchavtsev N.F. and others. New lenses with two focal lengths for night vision devices. // Applied Physics. 2000. No5. S.44-49.
2. Патент RU 2256205 С2 G02B 17/08, G02B 13/16. Двухканальный зеркально-линзовый объектив (варианты). // Журавлев П.В., Косолапов Г.И., Хацевич Т.Н., 2005 г.2. Patent RU 2256205 C2 G02B 17/08,
3. Волков В.Г., Кощавцев Н.Ф., Лелейкин В.И. Переносной комбинированный прибор всепогодного и круглосуточного действия. // Прикладная физика. 2003. №5. C.114-115.3. Volkov V.G., Koshchavtsev N.F., Leleikin V.I. Portable combined all-weather and round-the-clock device. // Applied Physics. 2003. No5. C.114-115.
Claims (17)
первый из которых по ходу лучей представляет собой плоско-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству предметов, и имеет вырезанную центральную зону,
на второй по ходу лучей поверхности первого компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,
при этом в вырезанной центральной зоне первого компонента размещен четвертый линзовый компонент, состоящий по меньшей мере из трех линз и имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом,
при этом третий и четвертый компоненты выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива,
при этом первый, второй, третий и четвертый компоненты входят в первый канал системы,
при этом первый, второй и третий компоненты создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты создают изображение объекта 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 (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном фотоприемном устройстве (ФПУ), а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ,
при этом в систему введен спектроделительный компонент, расположенный на оптической оси между третьим компонентом и матричным ФПУ и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение спектрального диапазона 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной под углом к оптической оси,
при этом оба канала включают в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент,
при этом в систему введены раздвижная кольцевая непрозрачная диафрагма, расположенная на оси КУ между первым и вторым компонентами, и непрозрачный экран, расположенный перед четвертым линзовым компонентом со стороны пространства предметов и установленный с возможностью ввода/вывода из световой зоны короткофокусного линзового объектива для поочередного перекрытия излучения, попадающего на матричное ФПУ КУ через длиннофокусный зеркально-линзовый объектив и короткофокусный линзовый объектив.1. A two-channel mirror-lens optical system (hereinafter referred to as the system), comprising the first and second channels having a common sight axis, and including a fast long telephoto mirror-lens lens, consisting of three components,
the first of which, along the rays, is a plane-convex lens convex to the space of objects, and has a cut out central zone,
on the second surface of the first component along the rays of the surface, an annular reflective coating is applied,
the second 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 along the rays and a cut out central zone,
the third component is a lens compensator for field aberrations and consists of at least two lenses,
while in the cut out central zone of the first component there is a fourth lens component consisting of at least three lenses and having a common sight axis with a mirror-lens lens,
the third and fourth components are made so that together they form a short-focus lens, the image plane of which coincides with the image plane of a long-focus mirror-lens lens,
the first, second, third and fourth components are included in the first channel of the system,
the first, second and third components create a large-scale image of the object in a narrow field of view, and the fourth and third components create an image of a small-scale object in a wide field of view in the first channel of the system on the same photodetector,
characterized in that the first channel forms a control channel (CC) with a working spectral range of 600 ... 1000 nm and forms an image of the object on an array photodetector (FPU), and the second channel of the system forms a receiving rangefinder channel (MPC) with a working spectral range of 1530 ... 1570 nm and fixes laser pulses reflected from the object on infrared (IR) FPU,
at the same time, a spectro-splitting component is introduced into the system, located on the optical axis between the third component and the matrix FPU and made in the form of a glued prism, in which a spectro-splitting coating transmitting radiation of the spectral range 600 ... 1000 nm to the matrix FPU KU and reflecting radiation of the spectral range 1530 ... 1570 nm on IR FPU MPC, deposited on an internal bonded surface, inclined at an angle to the optical axis,
however, both channels include the first, second and third components of the mirror-lens objective and a spectrodivision component,
at the same time, a sliding ring opaque diaphragm located on the KU axis between the first and second components and an opaque screen located in front of the fourth lens component from the side of the objects and installed with the possibility of input / output from the light zone of the short-focus lens for sequentially blocking radiation are introduced into the system falling onto the matrix FPU KU through a telephoto mirror lens and a short focus lens.
первый из которых по ходу лучей представляет собой плоско-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству предметов, и имеет вырезанную центральную зону,
на второй по ходу лучей поверхности первого компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие,
второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,
при этом в вырезанной центральной зоне первого компонента размещен четвертый линзовый компонент, состоящий по меньшей мере из трех линз и имеющий общую визирную ось с зеркально-линзовым объективом,
при этом третий и четвертый компоненты выполнены так, что вместе образуют короткофокусный линзовый объектив, плоскость изображения которого совпадает с плоскостью изображения длиннофокусного зеркально-линзового объектива,
при этом первый, второй, третий и четвертый компоненты входят в первый канал системы,
при этом первый, второй и третий компоненты создают крупномасштабное изображение объекта в узком поле зрения, а четвертый и третий компоненты создают изображение объекта 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 (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм и формирует изображение объекта на матричном фотоприемном устройстве (ФПУ), а второй канал системы образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм и фиксирует отраженные от объекта лазерные импульсы на инфракрасном (ИК) ФПУ,
при этом в систему введен спектроделительный компонент, расположенный на оптической оси непосредственно за третьим компонентом и выполненный в виде склеенной призмы, в которой спектроделительное покрытие, пропускающее излучение спектрального диапазона 600…1000 нм на матричное ФПУ КУ и отражающее излучение спектрального диапазона 1530…1570 нм на ИК ФПУ ПДК, нанесено на внутренней склеенной поверхности, наклоненной под углом к оптической оси,
при этом оба канала включают в себя первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового объектива и спектроделительный компонент,
при этом в КУ введены соосно с ним и последовательно по ходу лучей диафрагма поля зрения, установленная в общей плоскости изображений зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов КУ, и линзовый объектив переноса изображения, состоящий из пятого и шестого линзовых компонентов и оптически сопрягающий плоскость диафрагмы поля зрения с плоскостью матричного ФПУ,
при этом между пятым и шестым линзовыми компонентами КУ введена 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,
при этом апертурная диафрагма содержит одно кольцевое отверстие с центральным экранированием и одно круглое отверстие, размеры которых соответствуют поперечным сечениям пучков зеркально-линзового и линзового короткофокусного объективов в плоскости апертурной диафрагмы.6. A two-channel mirror-lens optical system (hereinafter referred to as the system), comprising the first and second channels having a common sight axis, and including a fast long telephoto lens-mirror lens, consisting of three components,
the first of which, along the rays, is a plane-convex lens convex to the space of objects, and has a cut out central zone,
on the second surface of the first component along the rays of the surface, an annular reflective coating is applied,
the second 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 along the rays and a cut out central zone,
the third component is a lens compensator for field aberrations and consists of at least two lenses,
while in the cut out central zone of the first component there is a fourth lens component consisting of at least three lenses and having a common sight axis with a mirror-lens lens,
the third and fourth components are made so that together they form a short-focus lens, the image plane of which coincides with the image plane of a long-focus mirror-lens lens,
the first, second, third and fourth components are included in the first channel of the system,
the first, second and third components create a large-scale image of the object in a narrow field of view, and the fourth and third components create an image of a small-scale object in a wide field of view in the first channel of the system on the same photodetector,
characterized in that the first channel forms a control channel (CC) with a working spectral range of 600 ... 1000 nm and forms an image of the object on an array photodetector (FPU), and the second channel of the system forms a receiving rangefinder channel (MPC) with a working spectral range of 1530 ... 1570 nm and fixes laser pulses reflected from the object on infrared (IR) FPU,
at the same time, a spectro-splitting component is introduced into the system, located on the optical axis directly behind the third component and made in the form of a glued prism, in which a spectro-splitting coating transmitting radiation of the spectral range 600 ... 1000 nm to the matrix FPU KU and reflecting radiation of the spectral range 1530 ... 1570 nm on IR FPU PDK, applied on an internal bonded surface, inclined at an angle to the optical axis,
however, both channels include the first, second and third components of the mirror-lens objective and a spectrodivision component,
at the same time, a field-of-view diaphragm installed coaxially with it and sequentially along the rays of the lens, installed in the common plane of images of the mirror-lens and short-focus lenses of the KU, and a lens image transfer lens, consisting of the fifth and sixth lens components and optically matching the plane of the diaphragm of the field view with the plane of the matrix FPU,
in this case, between the fifth and sixth lens components of the KU, an aperture diaphragm is introduced, the plane of which is optically conjugated both with the entrance pupil of the mirror-lens lens, having an annular shape with central shielding, and with the entrance pupil of the lens short-focus lens, having the shape of a circle,
while the diameters of the entrance pupils are selected so that their images do not overlap each other in the plane of the aperture diaphragm,
wherein the aperture diaphragm contains one annular hole with central shielding and one circular hole, the dimensions of which correspond to the cross sections of the beams of the mirror-lens and lens short-focus lenses in the plane of the aperture diaphragm.
первый из которых по ходу лучей выполнен в виде плоско-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов,
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 мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй по ходу лучей поверхности и вырезанную центральную зону,
третий компонент представляет собой линзовый компенсатор полевых аберраций и состоит по меньшей мере из двух линз,
при этом первый канал системы включает в себя первый, второй и третий компоненты,
отличающаяся тем, что в первый канал введено матричное фотоприемное устройство (ФПУ), установленное в фокальной плоскости зеркально-линзового объектива за третьим по ходу лучей компонентом,
при этом первый канал образует канал управления (КУ) с рабочим спектральным диапазоном 600…1000 нм, излучение в котором, отражаясь спектроделительным покрытием первого компонента, фокусируется и формирует изображение объекта на матричном ФПУ, при этом второй канал образует приемный дальномерный канал (ПДК) с рабочим спектральным диапазоном 1530…1570 нм, излучение в котором проходит сквозь спектроделительное покрытие первого компонента,
при этом во второй канал введен четвертый компонент, установленный перед первым компонентом со стороны пространства предметов,
при этом четвертый компонент выполнен в виде призмы АР-90° и расположен таким образом, что одна из катетных граней призмы АР-90° приклеена к первой поверхности первого компонента, в центральной части которой имеется плоскость,
при этом в ПДК введено инфракрасное (ИК) ФПУ, установленное за второй по ходу лучей катетной гранью призмы АР-90° в фокальной плоскости оптической системы ПДК,
при этом ИК ФПУ удалено от призмы АР-90° на расстояние, обеспечивающее отсутствие экранирования кольцевой световой зоны зеркально-линзового объектива.16. A two-channel mirror-lens optical system (hereinafter referred to as the system), comprising the first and second channels having a common sight axis, and including a fast long-focus mirror-lens lens, consisting of three components,
the first of which, along the rays, is made in the form of a plano-convex lens, convex to the space of objects,
in the central zone of the second flat surface of the first component along the rays of the first component, a spectrodividing coating is applied that fully reflects the working spectral range of the first channel and completely transmits the working spectral range of the second channel,
the second 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 along the rays and a cut out central zone,
the third component is a lens compensator for field aberrations and consists of at least two lenses,
the first channel of the system includes the first, second and third components,
characterized in that a matrix photodetector (FPU) is inserted into the first channel, mounted in the focal plane of the mirror lens behind the third component along the rays,
the first channel forms a control channel (CC) with a working spectral range of 600 ... 1000 nm, the radiation in which, reflected by the spectrodividing coating of the first component, focuses and forms an image of the object on a matrix FPU, while the second channel forms a receiving rangefinder channel (MPC) with the working spectral range of 1530 ... 1570 nm, the radiation in which passes through the spectrodividing coating of the first component,
at the same time, the fourth component is introduced into the second channel, which is installed in front of the first component from the side of the space of objects,
the fourth component is made in the form of a prism AP-90 ° and is located in such a way that one of the leg faces of the prism AP-90 ° is glued to the first surface of the first component, in the central part of which there is a plane,
at the same time, infrared (IR) FPU is introduced in the MPC, installed behind the second along the path of the cathet face of the prism AR-90 ° in the focal plane of the MPC optical system,
in this case, the IR FPU is removed from the AR-90 ° prism to a distance ensuring the absence of shielding of the annular light zone of the mirror-lens lens.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BY20061026 | 2006-10-23 | ||
BYBY2006-1026 | 2006-10-23 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007123502A RU2007123502A (en) | 2008-12-27 |
RU2369885C2 true RU2369885C2 (en) | 2009-10-10 |
Family
ID=41261091
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007123502/28A RU2369885C2 (en) | 2006-10-23 | 2007-06-22 | Double-channel catadioptric optical system (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2369885C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2542790C1 (en) * | 2014-01-09 | 2015-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Infrared system |
RU2615162C1 (en) * | 2015-10-06 | 2017-04-04 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Four-mirror-lens optical system |
RU2617173C2 (en) * | 2015-10-06 | 2017-04-21 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Three-channel mirror-lens optical system |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104142570B (en) * | 2014-07-04 | 2017-09-22 | 北京空间机电研究所 | A kind of two waveband optical system imaging device |
-
2007
- 2007-06-22 RU RU2007123502/28A patent/RU2369885C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Волков В.Г. и др. Переносной комбинированный прибор всепогодного и круглосуточного действия, Прикладная физика, 2003, №5, с.114-115. Волков В.Г. и др. Новые объективы с двумя фокусными расстояниями для приборов ночного видения, Прикладная физика, 2000, №5, с.44-49. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2542790C1 (en) * | 2014-01-09 | 2015-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Infrared system |
RU2615162C1 (en) * | 2015-10-06 | 2017-04-04 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Four-mirror-lens optical system |
RU2617173C2 (en) * | 2015-10-06 | 2017-04-21 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Three-channel mirror-lens optical system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007123502A (en) | 2008-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104516110A (en) | Share-aperture broad-band infrared optical system | |
CN103293681B (en) | Two-channel optical device with ultra large diameter and ultra long focal distance | |
US11408765B2 (en) | Optical detector and system therefor | |
US4521068A (en) | Cooled field optical system for infrared telescopes | |
US10281551B2 (en) | Compound eye laser tracking device | |
US4634255A (en) | Focus detection apparatus | |
RU2369885C2 (en) | Double-channel catadioptric optical system (versions) | |
CN115877353B (en) | Laser ranging's receipt ray apparatus system | |
RU182719U1 (en) | Binoculars for day and night observation | |
KR101170140B1 (en) | Optical System for corona discharge detection and apparatus for detecting ultraviolet rays | |
US6433330B1 (en) | Sun optical limitation illumination detector (SOLID) | |
US2788708A (en) | Optical apparatus for collecting radiations from a field of view | |
US20160116719A1 (en) | Compact multispectral wide angle refractive optical system | |
US4233501A (en) | Interference suppression for imaging optical systems | |
CN212658836U (en) | Double-channel optical device for image acquisition | |
CN108345095A (en) | Wide-width low-stray-light all-time star tracker optical structure | |
RU2277254C2 (en) | Device for detecting optical-electronical objects (variants) | |
CN112068216A (en) | Double-channel optical device for image acquisition | |
CN208013534U (en) | Wide-width low-stray-light all-time star tracker optical structure | |
CN220556354U (en) | Radiation temperature measurement equipment | |
RU2815391C1 (en) | Two-channel mirror lens system | |
US11287637B2 (en) | Multi-channel sensor using a rear-stopped reflective triplet | |
CN213209271U (en) | Two-channel detection assembly | |
RU217680U1 (en) | TWO-CHANNEL MIRROR-LENSING SYSTEM | |
RU2777463C1 (en) | Optoelectronic coordinate determination system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200623 |