RU2617173C2 - Three-channel mirror-lens optical system - Google Patents
Three-channel mirror-lens optical system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2617173C2 RU2617173C2 RU2015142461A RU2015142461A RU2617173C2 RU 2617173 C2 RU2617173 C2 RU 2617173C2 RU 2015142461 A RU2015142461 A RU 2015142461A RU 2015142461 A RU2015142461 A RU 2015142461A RU 2617173 C2 RU2617173 C2 RU 2617173C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- range
- mirror
- visible
- short
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0804—Catadioptric systems using two curved mirrors
- G02B17/0808—Catadioptric systems using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors
- G02B23/04—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors for the purpose of beam splitting or combining, e.g. fitted with eyepieces for more than one observer
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть применено для теплотелевизионных приборов и прицелов, используемых в самых разнообразных условиях эксплуатации.The present invention relates to the field of optoelectronic technology and can be used for thermal television devices and sights used in a wide variety of operating conditions.
Известна многоспектральная зеркально-линзовая оптическая система (United States Patent №5,841,574 от Nov. 24, 1998 г.), содержащая главное вогнутое асферическое зеркало, вторичное выпуклое асферическое зеркало, спектроделитель в виде наклонной плоскопараллельной пластины, установленный перед фокальной плоскостью двухзеркальной системы, децентрированный входной зрачок, использующий неэкранированную часть зеркальной системы, и оптические системы в видимом и ИК каналах. Недостатком этой оптической системы является использование в качестве спектроделителя наклонной плоскопараллельной пластины в сходящемся пучке лучей, что вносит аберрации нецентрированной системы, которые не могут быть скомпенсированы аберрациями центрированной системы и требуют компенсатора с цилиндрической или торической поверхностью. Также такая оптическая система обеспечивает невысокую светосилу в телевизионном и тепловизионном каналах.A multispectral specular-lens optical system is known (United States Patent No. 5,841,574 of Nov. 24, 1998), comprising a main concave aspherical mirror, a secondary convex aspherical mirror, a spectral splitter in the form of an oblique plane-parallel plate mounted in front of the focal plane of a two-mirror system, and a decentralized input a pupil using the unshielded part of the mirror system, and optical systems in the visible and IR channels. The disadvantage of this optical system is the use of an inclined plane-parallel plate as a spectrodivider in a converging beam of rays, which introduces aberrations of an off-center system that cannot be compensated by the aberrations of the centered system and require a compensator with a cylindrical or toric surface. Also, such an optical system provides a low aperture ratio in the television and thermal imaging channels.
Наиболее близкой по технической сущности является трехканальная зеркально-линзовая оптическая система по патенту на полезную модель №136198 от 27.12.2013 г.The closest in technical essence is a three-channel mirror-lens optical system according to the patent for utility model No. 136198 of 12/27/2013.
Эта трехканальная оптическая система содержит зеркальный объектив, включающий главное вогнутое асферическое зеркало и вторичное выпуклое асферическое зеркало, линзовый компенсатор зеркального объектива для видимого или ближнего ИК диапазона, общий для среднего и дальнего ИК диапазонов трехлинзовый объектив, расположенный так, что его передняя фокальная плоскость совпадает с задней фокальной плоскостью зеркального объектива, первый спектроделитель, выполненный в виде наклонной плоскопараллельной пластинки и расположенный в параллельном пучке лучей после общего объектива. Кроме того, введены линза-коллектив и второй светоделитель, выполненный в виде плоскопараллельной пластинки и установленный между главным вогнутым и вторичным выпуклым зеркалами перпендикулярно оптической оси, приемник излучения видимого или ближнего ИК диапазона. Также после первого спектроделителя установлены трехлинзовый объектив для дальнего ИК диапазона и приемник излучения дальнего ИК диапазона, объектив для среднего ИК диапазона и приемник излучения среднего ИК диапазона с охлаждаемой диафрагмой.This three-channel optical system contains a mirror lens, including a main concave aspherical mirror and a secondary convex aspherical mirror, a lens compensator for the mirror lens for the visible or near infrared range, a common three-lens lens for the middle and far infrared ranges, so that its front focal plane coincides with the rear focal plane of the mirror lens, the first spectrometer, made in the form of an inclined plane-parallel plate and located in parallel a natural beam of rays after a common lens. In addition, a collective lens and a second beam splitter, made in the form of a plane-parallel plate and installed between the main concave and secondary convex mirrors perpendicular to the optical axis, a radiation detector of the visible or near infrared range are introduced. Also, after the first spectro-splitter, a three-lens lens for the far IR range and a far infrared radiation detector, a lens for the middle IR range and a medium IR range radiation detector with a cooled aperture are installed.
Недостатками этой оптической системы являются малые угловые поля зрения в пространстве предметов, а также малые значения относительного отверстия всех трех каналов оптической системы и наличие двух асферических поверхностей.The disadvantages of this optical system are small angular fields of view in the space of objects, as well as small values of the relative aperture of all three channels of the optical system and the presence of two aspherical surfaces.
Задачей настоящего изобретения является увеличение углового поля в пространстве предметов, повышение относительного отверстия в каждом из каналов оптической системы и уменьшение количества асферических поверхностей.The objective of the present invention is to increase the angular field in the space of objects, increase the relative aperture in each of the channels of the optical system and reduce the number of aspherical surfaces.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в трехканальной зеркально-линзовой оптической системе, содержащей главное вогнутое асферическое зеркало, два спектроделителя и три оптических канала для разных спектральных диапазонов, в отличие от известного, перед главным вогнутым асферическим зеркалом установлен линзовый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, после главного вогнутого асферического зеркала установлены линзовый компенсатор дальнего ИК диапазона, первая поверхность первого компонента которого является спектроделительной поверхностью, пропускающей дальний ИК диапазон и отражающей видимый (ближний ИК) и короткий ИК диапазон, общий для видимого (ближнего ИК) и короткого ИК диапазонов двухлинзовый объектив, включающий последовательно расположенные по ходу лучей первую плоско-выпуклую линзу, вторую выпукло-вогнутую линзу, и расположенный таким образом, что его передняя фокальная плоскость смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива, а после общего объектива расположен второй спектроделитель в виде призмы-кубика, после прохождения которой установлены объектив для короткого ИК диапазона, включающий последовательно расположенные по ходу лучей три одиночные линзы в форме менисков, причем второй мениск обращен к плоскости изображения выпуклой стороной, и приемник излучения короткого ИК диапазона, а после отражения от второго спектроделителя призмы-кубика установлены объектив для видимого (ближнего ИК) диапазона, включающий последовательно расположенные по ходу лучей пять одиночных линз в форме менисков, причем второй мениск обращен к плоскости изображения выпуклой стороной, а четвертый и пятый - вогнутой, и приемник излучения видимого (ближнего ИК) диапазона, при этом выполняются следующие соотношения:The technical result due to the task is achieved by the fact that in a three-channel mirror-lens optical system containing a main concave aspherical mirror, two spectro-dividers and three optical channels for different spectral ranges, in contrast to the known one, a lens component is installed in front of the main concave aspherical mirror, made in the form of a negative meniscus, after the main concave aspherical mirror mounted lens compensator far infrared, the first surface of the per whose component is a spectrodividing surface that transmits the far IR range and reflects the visible (near IR) and short IR ranges common to the visible (near IR) and short IR ranges, a two-lens lens including the first plane-convex lens sequentially located along the rays, the second convex-concave lens, and located so that its front focal plane is offset from the rear focal plane of the mirror lens, and after the common lens is located the second spectrograph in the form of a prism-cube, after passing through which a lens for the short IR range is installed, including three single meniscus-shaped lenses arranged sequentially along the rays, the second meniscus facing the image plane with the convex side and the short-range radiation detector, and after a reflection for the visible (near IR) range from the second spectrometer of the prism-cube is mounted, including five single meniscus-shaped lenses sequentially located along the rays c, the second meniscus facing the image plane with a convex side, and the fourth and fifth concave, and the radiation receiver of the visible (near IR) range, while the following relationships are true:
δ<±1 дптр,δ <± 1 diopters,
где δ - величина смещения передней фокальной плоскости общего для видимого (ближнего ИК) и короткого ИК диапазонов объектива относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива.where δ is the amount of displacement of the front focal plane common for the visible (near IR) and short IR ranges of the lens relative to the rear focal plane of the mirror lens.
Такая оптическая система обеспечивает увеличение углового поля в пространстве предметов, повышение относительного отверстия в каждом из каналов оптической системы и уменьшает количество асферических поверхностей.Such an optical system provides an increase in the angular field in the space of objects, an increase in the relative aperture in each of the channels of the optical system, and reduces the number of aspherical surfaces.
Оптическая схема трехканальной зеркально-линзовой оптической системы показана на фигуре 1.The optical scheme of a three-channel mirror-lens optical system is shown in figure 1.
Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система содержит следующие элементы: зеркально-линзовый объектив A, включающий отрицательный мениск 1 и главное вогнутое асферическое зеркало 2; линзовый компенсатор В зеркально-линзового объектива для дальнего ИК диапазона, включающий отрицательный мениск 3 и положительный мениск 4, обращенные к плоскости изображения вогнутой стороной; приемник изображения 5 дальнего ИК диапазона; первый спектроделитель, нанесенный на выпуклой стороне отрицательного мениска 3; общий для видимого (ближнего ИК) и короткого ИК диапазонов объектив С, включающий плоско-выпуклую линзу 6 и выпукло-вогнутую линзу 7; второй спектроделитель 8; объектив D для короткого ИК диапазона, включающий отрицательный мениск 9 и положительный мениск 10, обращенные к плоскости изображения выпуклой стороной, положительный мениск 11, обращенный к плоскости изображения вогнутой стороной; приемник излучения короткого ИК диапазона 12, объектив E для видимого (ближнего ИК) диапазона, включающий отрицательный мениск 13 и положительный мениск 14, обращенные к плоскости изображения выпуклой стороной, плоско-выпуклую линзу 15, положительный мениск 16 и отрицательный мениск 17, обращенные к плоскости изображения вогнутой стороной; приемник излучения видимого (ближнего ИК) диапазона 18.The three-channel mirror-lens optical system contains the following elements: mirror-lens A, including the
Конструктивные параметры варианта исполнения оптической системы приведены в таблице 1.The design parameters of the optical system embodiment are shown in table 1.
Параметры такого варианта исполнения трехканальной зеркально-линзовой оптической системы следующие:The parameters of this embodiment of a three-channel mirror-lens optical system are as follows:
Угловое поле в пространстве предметов:Angular field in the space of objects:
Относительное отверстие:Relative hole:
Принцип действия трехканальной зеркально-линзовой оптической системы заключается в следующем.The principle of operation of a three-channel mirror-lens optical system is as follows.
Излучение от удаленного объекта проходит через линзу 1, выполненную в виде отрицательного мениска, отражается от вогнутого асферического зеркала 2 и попадает на первую спектроделительную поверхность, которой является выпуклая поверхность линзы 3 компенсатора. Прошедшие через первую спектроделительную поверхность лучи после прохождения линз 3 и 4 компенсатора В формируют изображение в плоскости приемника 5. Отраженные от первой спектроделительной поверхности лучи создают изображение в задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива A, а затем преобразовываются в пучки с малой угловой расходимостью с помощью линз 6 и 7 общего объектива C. После общего объектива С пучки лучей с малой угловой расходимостью попадают на второй спектроделитель 8. Прошедшие спектроделитель 8 лучи, проходя через линзы 9, 10 и 11 объектива D, формируют изображение в плоскости приемника 12. Отраженные спектроделителем 8 лучи, проходя через линзы 13, 14, 15, 16 и 17 объектива E, формируют изображение в плоскости приемника 18.Radiation from a distant object passes through the
Для повышения качества оптического изображения передняя фокальная плоскость общего объектива C смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива А для преобразования проходящих пучков в пучки с малой угловой расходимостью, при этом выполняются следующие соотношения:To improve the quality of the optical image, the front focal plane of the common lens C is shifted relative to the rear focal plane of the mirror lens A to convert the transmitted beams into beams with a small angular divergence, while the following relations are true:
δ<±1 дптр,δ <± 1 diopters,
где δ - величина смещения передней фокальной плоскости общего объектива С относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива A.where δ is the amount of displacement of the front focal plane of the common lens C relative to the rear focal plane of the mirror lens A.
Для каждого из каналов задаемся критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитываем:For each channel we set the quality criterion - the value of the polychromatic contrast transfer coefficient (CPC) and take into account:
- пространственную частоту ~30 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (8,0÷13,5) мкм с размером чувствительного элемента, равным 17 мкм);- spatial frequency ~ 30 lin / mm (Nyquist frequency for the photodetector (8.0 ÷ 13.5) microns with a sensitive element size equal to 17 microns);
- пространственную частоту ~25 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (1,0÷4,6) мкм с размером чувствительного элемента, равным 20 мкм);- spatial frequency ~ 25 lin / mm (Nyquist frequency for the photodetector (1.0 ÷ 4.6) μm with a sensor element size of 20 μm);
- пространственную частоту ~50 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (0,5÷0,9) мкм с размером чувствительного элемента, равным 10 мкм).- spatial frequency ~ 50 lin / mm (Nyquist frequency for the photodetector (0.5 ÷ 0.9) μm with a sensor element size equal to 10 μm).
Получаем следующие расчетные значения качественных характеристик оптической системы:We obtain the following calculated values of the qualitative characteristics of the optical system:
1. Для оптического канала (LWIR) спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм:1. For the optical channel (LWIR) of the spectral range (8.0 ÷ 13.5) μm:
2. Для оптического канала (SWIR) спектрального диапазона (1,0÷1,6) мкм:2. For the optical channel (SWIR) of the spectral range (1.0 ÷ 1.6) μm:
3. Для оптического канала (V+NWIR) спектрального диапазона (0,5÷0,9) мкм:3. For the optical channel (V + NWIR) of the spectral range (0.5 ÷ 0.9) μm:
Как видно из расчетов, оптическая система, при простоте ее конструкции, обеспечивает приемлемое качество изображения для оптико-электронных приборов, использующих общий входной канал и три фотоприемника:As can be seen from the calculations, the optical system, with the simplicity of its design, provides acceptable image quality for optoelectronic devices using a common input channel and three photodetectors:
- микроболометрическую матрицу спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм с размером пикселя 17 мкм;- microbolometric matrix of the spectral range (8.0 ÷ 13.5) microns with a pixel size of 17 microns;
- фотодиодную матрицу спектрального диапазона (1,0÷1,6) мкм с размером пикселя 20 мкм;- photodiode array of the spectral range (1.0 ÷ 1.6) microns with a pixel size of 20 microns;
- телевизионную КМОП матрицу спектрального диапазона (0,5÷0,9) мкм с размером пикселя 10 мкм.- CMOS television matrix of the spectral range (0.5 ÷ 0.9) μm with a pixel size of 10 μm.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015142461A RU2617173C2 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Three-channel mirror-lens optical system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015142461A RU2617173C2 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Three-channel mirror-lens optical system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015142461A RU2015142461A (en) | 2017-04-10 |
RU2617173C2 true RU2617173C2 (en) | 2017-04-21 |
Family
ID=58505853
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015142461A RU2617173C2 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Three-channel mirror-lens optical system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2617173C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU201189U1 (en) * | 2020-09-08 | 2020-12-02 | Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Thermal imaging device with three observation channels |
RU224375U1 (en) * | 2024-01-19 | 2024-03-21 | Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Three-channel night vision device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6204961B1 (en) * | 1995-09-18 | 2001-03-20 | Litton Systems, Inc. | Day and night sighting system |
RU2369885C2 (en) * | 2006-10-23 | 2009-10-10 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Double-channel catadioptric optical system (versions) |
CN102495473A (en) * | 2011-11-15 | 2012-06-13 | 天津理工大学 | Visible light and infrared light splitting system |
RU136198U1 (en) * | 2013-06-27 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "ГИРООПТИКА" (ОАО "ГИРООПТИКА") | THREE-CHANNEL MIRROR AND LENS OPTICAL SYSTEM |
RU150182U1 (en) * | 2014-09-23 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "ГИРООПТИКА" (ОАО "ГИРООПТИКА") | HEAT DETECTOR-FAR |
-
2015
- 2015-10-06 RU RU2015142461A patent/RU2617173C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6204961B1 (en) * | 1995-09-18 | 2001-03-20 | Litton Systems, Inc. | Day and night sighting system |
RU2369885C2 (en) * | 2006-10-23 | 2009-10-10 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Double-channel catadioptric optical system (versions) |
CN102495473A (en) * | 2011-11-15 | 2012-06-13 | 天津理工大学 | Visible light and infrared light splitting system |
RU136198U1 (en) * | 2013-06-27 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "ГИРООПТИКА" (ОАО "ГИРООПТИКА") | THREE-CHANNEL MIRROR AND LENS OPTICAL SYSTEM |
RU150182U1 (en) * | 2014-09-23 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "ГИРООПТИКА" (ОАО "ГИРООПТИКА") | HEAT DETECTOR-FAR |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU201189U1 (en) * | 2020-09-08 | 2020-12-02 | Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Thermal imaging device with three observation channels |
RU224375U1 (en) * | 2024-01-19 | 2024-03-21 | Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Three-channel night vision device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015142461A (en) | 2017-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2615162C1 (en) | Four-mirror-lens optical system | |
US9651763B2 (en) | Co-aperture broadband infrared optical system | |
US10509210B2 (en) | Two-color very wide field of view refractive eyepiece-type optical form | |
RU150182U1 (en) | HEAT DETECTOR-FAR | |
KR101807414B1 (en) | Long Range Oblique Photography Camera Optical System for Simultaneous Shooting of Triple Band Wavelength Image | |
CN205581405U (en) | Visible light / infrared dual waveband is long burnt optical system of bore altogether | |
CN105319669B (en) | A kind of two-waveband infrared optical system | |
CN101634744A (en) | Foldback-type bi-spectral gaze imaging system | |
RU136198U1 (en) | THREE-CHANNEL MIRROR AND LENS OPTICAL SYSTEM | |
CN104102018A (en) | Double pit local high resolution imaging system | |
RU2617173C2 (en) | Three-channel mirror-lens optical system | |
RU2581763C2 (en) | Single-pupil multispectral optical system with built-in laser range finder (versions) | |
EP3015902B1 (en) | Compact multispectral wide angle refractive optical system | |
US20140022632A1 (en) | Optical system with off-axis packaged illuminator | |
RU2578268C1 (en) | Infrared lens with variable focal distance | |
RU2628372C1 (en) | Wide-angle lens | |
CA3055136C (en) | Orthoscopic projection lens | |
Gebgart | Design features of some types of ultrawide-angle objectives | |
US9946053B1 (en) | System and method for providing SWIR-MWIR reimaging along a same optical path | |
CN113325578A (en) | Optical system of photoelectric pod | |
RU2650743C1 (en) | Wide-angle infrared lens | |
RU2385475C1 (en) | High-aperture wide-angle lens for infrared spectrum (versions) | |
RU2662033C1 (en) | Two-spectral optical system | |
RU2635810C1 (en) | Photographic lens | |
RU2655051C1 (en) | Optical system of the observation device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171007 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200429 |