RU2621782C1 - Two-spectral optical system - Google Patents

Two-spectral optical system Download PDF

Info

Publication number
RU2621782C1
RU2621782C1 RU2015152728A RU2015152728A RU2621782C1 RU 2621782 C1 RU2621782 C1 RU 2621782C1 RU 2015152728 A RU2015152728 A RU 2015152728A RU 2015152728 A RU2015152728 A RU 2015152728A RU 2621782 C1 RU2621782 C1 RU 2621782C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
convex
concave
lenses
channel
Prior art date
Application number
RU2015152728A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виллен Арнольдович Балоев
Владимир Петрович Иванов
Арслан Равгатович Насыров
Наталья Геннадьевна Нигматуллина
Дина Нургазизовна Шарифуллина
Виктор Кириллович Ямуков
Владимир Самуилович Яцык
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО")
Priority to RU2015152728A priority Critical patent/RU2621782C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2621782C1 publication Critical patent/RU2621782C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: two-spectral optical system comprises a main concave aspheric mirror with a central hole, a secondary convex aspheric mirror, a spectrum divider, a thermal channel with the first, the second and the third lenses, and the photodetecting device and the radiation flux switching device, two television channels with the lens and the photodetectors in each of the channels, and an information controlling and processing device. The outputs of the photodetecting devices of the thermal and two television channels are connected to the inputs of the information controlling and processing device, and the radiation flux switching device, conjugated with the first, the second and the third lenses of the thermal channel, is connected to the control output of the information controlling and processing device. The third lens of the thermal channel and the lens of the second television channel are configured to smoothly change the focal distance.
EFFECT: increasing the informativeness of the two-spectral optical system due to the additional information on the observed scene in the continually changing view angle.
8 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в многоканальных оптико-электронных системах, обеспечивающих поиск, обнаружение и распознавание объектов.The invention relates to the field of optoelectronic instrumentation and can be used in multichannel optoelectronic systems that provide search, detection and recognition of objects.

Известно компактное оптико-электронное устройство с одной апертурой и несколькими приемниками излучения (см. патент US 6174061 В1, опубл. 16.01.2001), содержащее общий канал, состоящий из главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием, вторичного выпуклого асферического зеркала, первого спектроделителя с дихроичным покрытием, пропускающего излучение спектрального диапазона 3…5 мкм и отражающего излучение спектральных диапазонов 0,7…0,9 мкм и 1,06…1,54 мкм, выполненного в виде наклонной пластины и установленного в сходящемся пучке лучей, а также три канала для каждого из спектральных диапазонов. Канал спектрального диапазона 3…5 мкм содержит три линзы и приемник излучения среднего инфракрасного диапазона; канал спектрального диапазона 0,7…0,9 мкм содержит девять линз, второй спектроделитель с дихроичным покрытием, отражающим излучение спектрального диапазона 0,7…0,9 мкм и пропускающим излучение спектрального диапазона 1,06…1,54 мкм, и приемник излучения ближнего инфракрасного диапазона; канал спектрального диапазона 1,06…1,54 мкм содержит дополнительную линзу и приемник лазерного излучения. Канал спектрального диапазона 3…5 мкм, содержащий два фокусирующих асферических зеркала и объектив из трех линз, работает с узким полем зрения. Для обеспечения работы с изменяемым полем зрения этот канал содержит объектив с дискретно изменяемым фокусным расстоянием, в котором за счет ввода-вывода группы из четырех линз осуществляется смена полей зрения (среднего и широкого). В среднем поле зрения объектив содержит девять линз, две из которых асферические, в широком поле зрения объектив содержит тринадцать линз, пять из которых асферические. Для переключения режима работы с узкого поля зрения на среднее и широкое вблизи первого спектроделителя вводится-выводится плоское зеркало.A compact optical-electronic device with one aperture and several radiation detectors is known (see US patent 6174061 B1, published January 16, 2001), containing a common channel consisting of a main concave aspherical mirror with a central hole, a secondary convex aspherical mirror, the first spectrometer with dichroic coating, transmitting radiation of the spectral range of 3 ... 5 microns and reflecting radiation of the spectral ranges of 0.7 ... 0.9 microns and 1.06 ... 1.54 microns, made in the form of an inclined plate and installed in a converging beam rays, as well as three channels for each of the spectral ranges. The channel of the spectral range of 3 ... 5 microns contains three lenses and a radiation receiver of the middle infrared range; the channel of the spectral range of 0.7 ... 0.9 μm contains nine lenses, a second spectrometer with a dichroic coating reflecting the radiation of the spectral range of 0.7 ... 0.9 μm and transmitting radiation of the spectral range of 1.06 ... 1.54 μm, and a radiation receiver near infrared range; the channel of the spectral range of 1.06 ... 1.54 microns contains an additional lens and a laser radiation receiver. The channel of the spectral range of 3 ... 5 μm, containing two focusing aspherical mirrors and a lens of three lenses, works with a narrow field of view. To ensure operation with a variable field of view, this channel contains a lens with a discretely variable focal length, in which, due to the input-output of a group of four lenses, the field of view (medium and wide) is changed. On an average field of view, the lens contains nine lenses, two of which are aspherical; in a wide field of view, the lens contains thirteen lenses, five of which are aspherical. To switch the operating mode from a narrow field of view to medium and wide near the first spectrodivider, a flat mirror is introduced and displayed.

К недостаткам этого устройства можно отнести следующее: первый спектроделитель в виде наклонной пластины расположен в сходящемся пучке лучей и вносит аберрации, которые сложно исправить; инфракрасный канал (3…5 мкм) содержит большое число линз - общее число линз шестнадцать, из них пять с асферическими поверхностями.The disadvantages of this device include the following: the first spectrometer in the form of an inclined plate is located in a converging beam of rays and introduces aberrations that are difficult to correct; the infrared channel (3 ... 5 microns) contains a large number of lenses - the total number of lenses is sixteen, five of them with aspherical surfaces.

Также известна оптическая система для формирования изображения в видимой и инфракрасной областях спектра (см. патент CN 102175318 А, опубл. 09.07. 2011), содержащая общий входной канал, состоящий из вогнутого зеркала с центральным отверстием и вогнуто-выпуклой линзы с дихроичным покрытием, отражающим излучение спектрального диапазона 0,45…1 мкм и пропускающим излучение спектрального диапазона 3…5 мкм (8…12 мкм), а также первый канал, состоящий из трех линз и работающий в спектральном диапазоне 0,4…1 мкм, и второй канал, состоящий из пяти линз и работающий в спектральном диапазоне 3…5 мкм (8…12 мкм). Для обеспечения компактности системы используются плоские зеркала, изменяющие направление оптической оси.Also known is an optical system for imaging in the visible and infrared regions of the spectrum (see patent CN 102175318 A, published 09.07. 2011), containing a common input channel consisting of a concave mirror with a central hole and a concave-convex lens with a dichroic coating, reflecting radiation of the spectral range of 0.45 ... 1 μm and transmitting radiation of the spectral range of 3 ... 5 μm (8 ... 12 μm), as well as the first channel, consisting of three lenses and operating in the spectral range of 0.4 ... 1 μm, and the second channel, five lens and working in the spectral range of 3 ... 5 microns (8 ... 12 microns). To ensure the compactness of the system, flat mirrors are used that change the direction of the optical axis.

Недостатком указанной системы является возможность работы в каждом канале только с одним полем зрения.The disadvantage of this system is the ability to work in each channel with only one field of view.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой оптической системе, выбранной в качестве прототипа, является двухспектральная оптическая система (см. патент CN 103293681 А, опубл. 09.11. 2013), предназначенная для работы в инфракрасном (3…5 мкм) и видимом (0,4…0,7 мкм) спектральных диапазонах. Система состоит из общего канала, содержащего расположенные по ходу лучей главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием и вторичное выпуклое асферическое зеркало, спектроделитель в виде призмы-куба с дихроичным покрытием, отражающим излучение видимого диапазона спектра и пропускающим излучение инфракрасного диапазона спектра, а также тепловизионного и телевизионного каналов. Тепловизионный канал (спектральный диапазон 3…5 мкм) содержит объектив из шести линз, расположенный таким образом, что его передняя фокальная плоскость совпадает с задней фокальной плоскостью входного объектива, и приемник излучения с охлаждаемой диафрагмой; четыре линзы объектива выполнены асферическими. Телевизионный канал (спектральный диапазон 0,4…0,7 мкм) содержит объектив из семи линз, расположенный аналогично объективу тепловизионного канала, и приемник излучения. Спектроделитель расположен в расходящемся пучке лучей между передней фокальной плоскостью и первой линзой объектива каждого из каналов. Характеристики тепловизионного канала: фокусное расстояние f'=1500 мм; диафрагменное число 3; угловое поле зрения 0,46°; линейное поле зрения 12 мм. Характеристики телевизионного канала: фокусное расстояние f'=1500 мм; диафрагменное число 3; угловое поле зрения 0,23°; линейное поле зрения 6 мм.The closest in technical essence to the claimed optical system, selected as a prototype, is a two-spectral optical system (see patent CN 103293681 A, publ. 09.11. 2013), designed to work in infrared (3 ... 5 μm) and visible (0, 4 ... 0.7 microns) spectral ranges. The system consists of a common channel containing the main concave aspherical mirror located along the rays with a central hole and a secondary convex aspherical mirror, a spectrometer in the form of a prism-cube with a dichroic coating, reflecting the radiation of the visible range of the spectrum and transmitting the radiation of the infrared range of the spectrum, as well as thermal and television channels. The thermal imaging channel (spectral range 3 ... 5 μm) contains a six-lens lens, located in such a way that its front focal plane coincides with the rear focal plane of the input lens, and a radiation receiver with a cooled diaphragm; Four lenses are aspherical. The television channel (spectral range 0.4 ... 0.7 μm) contains a seven-lens lens, located similarly to the lens of the thermal imaging channel, and a radiation receiver. The spectrum splitter is located in a diverging beam of rays between the front focal plane and the first lens of the lens of each channel. Characteristics of the thermal imaging channel: focal length f '= 1500 mm; f-number 3; angular field of view 0.46 °; linear field of view 12 mm. Characteristics of the television channel: focal length f '= 1500 mm; f-number 3; angular field of view 0.23 °; linear field of view 6 mm.

Недостатком описанной двухспектральной системы является возможность работы в каждом канале только с одним (узким) полем зрения.The disadvantage of the described two-spectral system is the ability to work in each channel with only one (narrow) field of view.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение информативности двухспектральной оптической системы за счет дополнительного получения информации о наблюдаемой сцене в непрерывно изменяемом угловом поле зрения.The problem to which the invention is directed is to increase the information content of a two-spectral optical system by additionally obtaining information about the observed scene in a continuously changing angular field of view.

Поставленная задача решается за счет того, что в двухспектральной оптической системе, содержащей расположенные по ходу лучей главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое асферическое зеркало, спектроделитель, тепловизионный канал с первым объективом и фотоприемным устройством и первый телевизионный канал с объективом и фотоприемным устройством, при этом выходы фотоприемных устройств тепловизионного и первого телевизионного каналов подключены к входам устройства управления и обработки информации, введен второй телевизионный канал с объективом, выполненным с возможностью плавного изменения фокусного расстояния и расположенным в параллельном пучке лучей от бесконечно удаленного объекта, и фотоприемным устройством, выход которого подключен к соответствующему входу устройства управления и обработки информации, в тепловизионном канале дополнительно введены сопряженные с фотоприемным устройством второй объектив и третий объектив, выполненный с возможностью плавного изменения фокусного расстояния и расположенный в параллельном пучке лучей от бесконечно удаленного объекта, при этом передняя фокальная плоскость второго объектива совпадает с задними фокальными плоскостями первого и третьего объективов, а также устройство переключения потоков излучения, сопряженное с первым, вторым и третьим объективами и подключенное к управляющему выходу устройства управления и обработки информации.The problem is solved due to the fact that in a two-spectral optical system containing the main concave aspherical mirror with a central hole located along the rays, a secondary convex aspherical mirror, a spectro-splitter, a thermal imaging channel with a first lens and a photodetector, and a first television channel with a lens and a photodetector while the outputs of the photodetectors of the thermal imaging and the first television channels are connected to the inputs of the control and information processing device In addition, a second television channel with a lens made to smoothly change the focal length and located in a parallel beam of rays from an infinitely distant object, and a photodetector, the output of which is connected to the corresponding input of the control and information processing device, is introduced into the thermal imaging channel; a photodetector, a second lens and a third lens, configured to smoothly change the focal length and located in parallel beam of rays from an infinitely distant object, while the front focal plane of the second lens coincides with the rear focal planes of the first and third lenses, as well as a device for switching radiation fluxes coupled to the first, second and third lenses and connected to the control output of the information management and processing device .

А также тем, что главное вогнутое и вторичное выпуклое асферические зеркала образуют афокальную насадку.And also because the main concave and secondary convex aspherical mirrors form an afocal nozzle.

А также тем, что спектроделитель выполнен в виде установленной под углом к оптической оси плоскопараллельной пластины и расположен в параллельном пучке лучей после вторичного зеркала афокальной насадки.And also the fact that the spectrometer is made in the form of a plane-parallel plate mounted at an angle to the optical axis and is located in a parallel beam of rays after the secondary mirror of the afocal nozzle.

А также тем, что первый объектив тепловизионного канала выполнен в виде последовательно установленных положительной выпукло-вогнутой, двояковогнутой и плоско-выпуклой линз.And also the fact that the first lens of the thermal imaging channel is made in the form of sequentially installed positive convex-concave, biconcave and plane-convex lenses.

А также тем, что второй объектив тепловизионного канала выполнен в виде положительной выпукло-вогнутой линзы.And also the fact that the second lens of the thermal imaging channel is made in the form of a positive convex-concave lens.

А также тем, что третий объектив тепловизионного канала выполнен в виде последовательно установленных неподвижной положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижных отрицательной выпукло-вогнутой и двояковогнутой линз, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, двух неподвижных выпукло-вогнутых линз, из которых первая выполнена положительной, а вторая - отрицательной.And also the fact that the third lens of the thermal imaging channel is made in the form of sequentially mounted fixed positive convex-concave lenses, movable negative convex-concave and biconcave lenses, mounted with the ability to move along the optical axis, two fixed convex-concave lenses, of which the first is made positive and the second is negative.

А также тем, что объектив первого телевизионного канала выполнен в виде последовательно установленных двух двояковыпуклых, двояковогнутой, отрицательной вогнуто-выпуклой, плоско-выпуклой и двояковогнутой линз.And also by the fact that the lens of the first television channel is made in the form of two biconvex, biconcave, negative concave-convex, flat-convex and biconcave lenses installed in series.

А также тем, что объектив второго телевизионного канала выполнен в виде последовательно установленных первой неподвижной группы, содержащей отрицательные выпукло-вогнутую и вогнуто-выпуклую линзы, склейку из отрицательной выпукло-вогнутой и двояковыпуклой линз и двояковыпуклую линзу, второй подвижной группы, содержащей отрицательную выпукло-вогнутую линзу, склейку из положительной вогнуто-выпуклой и двояковогнутой линз и положительную выпукло-вогнутую линзу, и третьей подвижной группы, содержащей склейку из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, четвертой неподвижной группы, содержащей двояковыпуклую линзу, склейку из двояковыпуклой и отрицательной вогнуто-выпуклой линз, склейку из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, двояковыпуклую линзу и две отрицательные линзы, из которых первая выполнена выпукло-вогнутой, а вторая - вогнуто-выпуклой.And also the fact that the lens of the second television channel is made in the form of sequentially installed first fixed group containing negative convex-concave and concave-convex lenses, gluing from a negative convex-concave and biconvex lens and a biconvex lens, of the second movable group containing a negative convex a concave lens, gluing from a positive concave-convex and biconcave lenses and a positive convex-concave lens, and a third movable group comprising gluing from a biconcave and biconcave convex lenses mounted with the ability to move along the optical axis, the fourth fixed group containing a biconvex lens, gluing a biconvex and negative concave-convex lenses, gluing a biconvex and biconcave lenses, a biconvex lens and two negative lenses, of which the first is convex and the second is concave-convex.

На фиг. 1 представлена оптическая схема двухспектральной оптической системы.In FIG. 1 shows an optical scheme of a two-spectral optical system.

На фиг. 2 представлена оптическая схема второго телевизионного канала.In FIG. 2 is an optical diagram of a second television channel.

Двухспектральная оптическая система состоит из расположенных по ходу лучей главного вогнутого асферического зеркала 1 с центральным отверстием, вторичного выпуклого асферического зеркала 2, спектроделителя 3, тепловизионного канала, содержащего первый объектив 4, формирующий промежуточное изображение, второй объектив 5, третий объектив 6, выполненный с возможностью плавного изменения фокусного расстояния и расположенный в параллельном пучке лучей от бесконечно удаленного объекта, при этом передняя фокальная плоскость второго объектива 5 совпадает с задними фокальными плоскостями первого 4 и третьего 6 объективов, фотоприемное устройство 7, устройство переключения потоков излучения, сопряженное с первым 4, вторым 5 и третьим 6 объективами и выполненное в виде подвижного плоского зеркала 8, первого телевизионного канала, содержащего фокусирующий объектив 9 и фотоприемное устройство 10, второго телевизионного канала, содержащего объектив 11, выполненный с возможностью плавного изменения фокусного расстояния и расположенный в параллельном пучке лучей от бесконечно удаленного объекта, и фотоприемное устройство 12, устройство управления и обработки информации 13, информационные входы которого соединены с фотоприемными устройствами 7, 10 и 12 соответственно тепловизионного, первого и второго телевизионных каналов, а управляющий выход подключен к устройству переключения потоков излучения 8. Главное вогнутое 1 и вторичное выпуклое 2 асферические зеркала образуют афокальную насадку; спектроделитель 3 выполнен в виде установленной под углом к оптической оси плоскопараллельной пластины и расположен в параллельном пучке лучей после вторичного зеркала 2. Первый объектив тепловизионного канала 4 содержит последовательно установленные положительную выпукло-вогнутую линзу 4.1, двояковогнутую линзу 4.2 и плоско-выпуклую линзу 4.3. Второй объектив тепловизионного канала 5 выполнен в виде одиночной положительной выпукло-вогнутой линзы. Третий объектив тепловизионного канала 6 содержит последовательно установленные неподвижную положительную выпукло-вогнутую линзу 6.1, подвижные отрицательную выпукло-вогнутую 6.2 и двояковогнутую 6.3 линзы, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижные положительную выпукло-вогнутую линзу 6.4 и отрицательную выпукло-вогнутую линзу 6.5. Объектив 9 первого телевизионного канала содержит последовательно установленные двояковыпуклые линзы 9.1 и 9.2, двояковогнутую линзу 9.3, отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 9.4, плоско-выпуклую линзу 9.5 и двояковогнутую линзу 9.6. Объектив 11 второго телевизионного канала состоит из последовательно установленных первой неподвижной группы А, содержащей отрицательные выпукло-вогнутую 11.1 и вогнуто-выпуклую 11.2 линзы, склейку из отрицательной выпукло-вогнутой 11.3 и двояковыпуклой 11.4 линз и двояковыпуклую линзу 11.5, второй подвижной группы Б, содержащей отрицательную выпукло-вогнутую линзу 11.6, склейку из положительной вогнуто-выпуклой 11.7 и двояковогнутой 11.8 линз, положительную выпукло-вогнутую линзу 11.9, и третьей подвижной группы В, содержащей склейку из двояковогнутой 11.10 и двояковыпуклой 11.11 линз, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, четвертой неподвижной группы Г, содержащей двояковыпуклую линзу 11.12, склейку из двояковыпуклой 11.13 и отрицательной вогнуто-выпуклой 11.14 линз, склейку из двояковыпуклой 11.15 и двояковогнутой 11.16 линз, двояковыпуклую линзу 11.17, отрицательные выпукло-вогнутую 11.18 и вогнуто-выпуклую 11.19 линзы. Кроме того, дополнительно показаны устройство отображения информации 14, вход которого соединен с выходом устройства управления и обработки информации 13, и плоские зеркала 15, 16, 17, 18, обеспечивающие компактность конструкции.The two-spectral optical system consists of along the rays of the main concave aspherical mirror 1 with a central hole, a secondary convex aspherical mirror 2, a spectro-splitter 3, a thermal imaging channel containing a first lens 4 forming an intermediate image, a second lens 5, and a third lens 6, configured to smooth focal length changes and located in a parallel beam of rays from an infinitely distant object, while the front focal plane of the second object and 5 coincides with the rear focal planes of the first 4 and third 6 lenses, a photodetector 7, a device for switching radiation fluxes, paired with the first 4, second 5 and third 6 lenses and made in the form of a movable flat mirror 8, the first television channel containing a focusing lens 9 and a photodetector 10, of a second television channel comprising a lens 11 configured to smoothly change the focal length and located in a parallel beam of rays from infinitely distant of the object, and a photodetector 12, a control and information processing device 13, the information inputs of which are connected to the photodetectors 7, 10 and 12 of the thermal, first and second television channels, respectively, and the control output is connected to a device for switching radiation fluxes 8. The main one is concave 1 and a secondary convex 2 aspherical mirrors form an afocal nozzle; the spectrometer 3 is made in the form of a plane-parallel plate mounted at an angle to the optical axis and is located in a parallel beam of rays after the secondary mirror 2. The first lens of the thermal imaging channel 4 contains successively mounted positive convex-concave lens 4.1, a biconcave lens 4.2, and a plano-convex lens 4.3. The second lens of the thermal imaging channel 5 is made in the form of a single positive convex-concave lens. The third lens of the thermal imaging channel 6 contains successively mounted fixed positive convex-concave lens 6.1, movable negative convex-concave 6.2 and biconcave 6.3 lenses mounted for movement along the optical axis, fixed positive convex-concave lens 6.4 and negative convex-concave lens 6.5. The lens 9 of the first television channel contains sequentially mounted biconvex lenses 9.1 and 9.2, a biconcave lens 9.3, a negative concave-convex lens 9.4, a plano-convex lens 9.5 and a biconcave lens 9.6. The lens 11 of the second television channel consists of a series-mounted first fixed group A containing negative convex-concave 11.1 and concave-convex 11.2 lenses, gluing from a negative convex-concave 11.3 and a biconvex 11.4 lens and a biconvex lens 11.5, a second movable group B containing a negative convex-concave lens 11.6, gluing from positive concave-convex 11.7 and biconcave 11.8 lenses, positive convex-concave lens 11.9, and a third movable group B containing gluing from biconcave 11.10 and biconvex 11.11 lenses mounted with the possibility of moving along the optical axis of the fourth fixed group Г containing a biconvex lens 11.12, gluing a biconvex 11.13 and a concave-convex 11.14 lenses, gluing a biconvex 11.15 and a biconcave 11.16, double-lens, double convex-concave 11.18 and concave-convex 11.19 lenses. In addition, an information display device 14, the input of which is connected to the output of the information management and processing device 13, and flat mirrors 15, 16, 17, 18, which provide a compact design, are additionally shown.

Технические характеристики двухспектральной оптической системы представлены в таблице 1.Technical characteristics of a two-spectral optical system are presented in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

В таблице 2 приведены конструктивные параметры конкретного примера исполнения тепловизионного канала двухспектральной оптической системы.Table 2 shows the design parameters of a specific example of a thermal imaging channel of a two-spectral optical system.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

В таблице 3 приведены конструктивные параметры конкретного примера исполнения первого и второго телевизионных каналов двухспектральной оптической системы.Table 3 shows the design parameters of a specific example of the execution of the first and second television channels of a two-spectral optical system.

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

В таблицах 4 и 5 приведены некоторые значения переменных воздушных промежутков Dl, D2, D3 объектива 6 тепловизионного канала и D4, D5, D6 объектива 11 второго телевизионного канала.Tables 4 and 5 show some values of the variable air gaps Dl, D2, D3 of the lens 6 of the thermal imaging channel and D4, D5, D6 of the lens 11 of the second television channel.

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Двухспектральная оптическая система работает следующим образом.Two-spectrum optical system operates as follows.

Для обнаружения объекта наблюдения в тепловизионном канале и во втором телевизионном канале выбирается режим непрерывно изменяемого поля зрения с расположением оптических элементов, обеспечивающим широкое угловое поле зрения, чему соответствует минимальное значение фокусного расстояния. В тепловизионном канале излучение от бесконечно удаленного объекта попадает на первую линзу 6.1 объектива 6. После прохождения линз 6.1-6.5 объектива 6 лучи формируют промежуточное изображение в фокальной плоскости F'(6), затем отражаются плоским зеркалом 8 устройства переключения потоков излучения, установленным в положении 8(6), проходят второй объектив 5 и формируют изображение в плоскости чувствительных элементов фотоприемного устройства 7. Во втором телевизионном канале излучение от бесконечно удаленного объекта попадает на первую линзу 11.1 объектива 11. После прохождения линз 11.1-11.19 объектива 11 лучи формируют изображение в плоскости чувствительных элементов фотоприемного устройства 12. Сигналы с фотоприемных устройств 7 и 12 поступают в устройство управления и обработки информации 13 с последующим выводом на экран устройства отображения информации 14.To detect the object of observation in the thermal imaging channel and in the second television channel, a continuously changing field of view is selected with the arrangement of optical elements providing a wide angular field of view, which corresponds to the minimum value of the focal length. In the thermal imaging channel, radiation from an infinitely distant object hits the first lens 6.1 of lens 6. After passing through lenses 6.1-6.5 of lens 6, the rays form an intermediate image in the focal plane F '(6), then they are reflected by a flat mirror 8 of the radiation flux switching device installed in the position 8 (6), pass the second lens 5 and form an image in the plane of the sensitive elements of the photodetector 7. In the second television channel, radiation from an infinitely distant object enters the first lens 11 .1 of the lens 11. After passing through the lenses 11.1-11.19 of the lens 11, the rays form an image in the plane of the sensitive elements of the photodetector 12. The signals from the photodetector 7 and 12 are fed to the control and information processing device 13 with the subsequent display of the information display device 14.

Для повышения информативности наблюдения, в зависимости от расстояния до объекта, его размера и местоположения, скорости движения, одновременным перемещением линз 6.2 и 6.3 третьего объектива 6 тепловизионного канала и линзовых групп Б и В объектива 11 второго телевизионного канала, в соответствии с приведенными в таблицах 4 и 5 значениями переменных воздушных промежутков, осуществляется плавное изменение фокусного расстояния объективов 6 и 11, при этом объект наблюдения постоянно находится в поле зрения системы. После того, как третьим объективом 6 тепловизионного канала и объективом 11 второго телевизионного канала достигается максимально возможное значение фокусного расстояния, осуществляется переключение системы в режим узкого поля зрения, при котором обеспечивается более детальное рассмотрение объекта наблюдения.To increase the information content of the observation, depending on the distance to the object, its size and location, speed, simultaneous movement of the lenses 6.2 and 6.3 of the third lens 6 of the thermal imaging channel and lens groups B and C of the lens 11 of the second television channel, in accordance with the tables 4 and 5 values of variable air gaps, a smooth change in the focal length of the lenses 6 and 11 is carried out, while the object of observation is constantly in the field of view of the system. After the third possible lens focal length 6 and the lens 11 of the second television channel reaches the maximum possible focal length, the system is switched to a narrow field of view, which provides a more detailed examination of the observation object.

В режиме узкого поля зрения излучение от бесконечно удаленного объекта отражается последовательно от главного вогнутого асферического зеркала 1 и вторичного выпуклого асферического зеркала 2 и попадает на спектроделитель 3. Излучение инфракрасного диапазона (тепловизионный канал) проходит через спектроделитель 3, излучение видимого диапазона (первый телевизионный канал) отражается от него. В тепловизионном канале преломленные спектроделителем 3 лучи отражаются зеркалом 15, проходят линзы 4.1-4.3 объектива 4, отражаются зеркалом 16 и формируют промежуточное изображение в фокальной плоскости F'(4), затем отражаются плоским зеркалом 8 устройства переключения потоков излучения, установленным в положении 8(4), проходят второй объектив 5 и попадают в фотоприемное устройство 7, в плоскости чувствительных элементов которого формируется изображение. В первом телевизионном канале отраженные спектроделителем 3 и зеркалом 17 лучи проходят линзы 9.1-9.5 объектива 9, отражаются зеркалом 18, проходят линзу 9.6 объектива 9 и формируют изображение в плоскости чувствительных элементов фотоприемного устройства 10. Сигналы с фотоприемных устройств 7 и 10 поступают в устройство управления и обработки информации 13 с последующим выводом на экран устройства отображения информации 14.In the narrow field of view mode, radiation from an infinitely distant object is reflected sequentially from the main concave aspherical mirror 1 and the secondary convex aspherical mirror 2 and hits the spectrometer 3. The infrared radiation (thermal imaging channel) passes through the spectrometer 3, the visible radiation (the first television channel) reflected from him. In the thermal imaging channel, the rays refracted by the spectrometer 3 are reflected by the mirror 15, the lenses 4.1-4.3 of the lens 4 pass, reflected by the mirror 16 and form an intermediate image in the focal plane F '(4), then reflected by the flat mirror 8 of the radiation flux switching device installed in position 8 ( 4), pass the second lens 5 and fall into the photodetector 7, in the plane of the sensitive elements of which an image is formed. In the first television channel, the rays reflected by the spectrum splitter 3 and mirror 17 pass through the lenses 9.1-9.5 of the lens 9, are reflected by the mirror 18, pass through the lens 9.6 of the lens 9 and form an image in the plane of the sensitive elements of the photodetector 10. The signals from the photodetector devices 7 and 10 are fed to the control device and processing information 13 with subsequent display on the screen of the display device information 14.

В тепловизионном канале переключение режимов работы с непрерывно изменяемого поля зрения на узкое поле зрения осуществляется с помощью устройства переключения 8 по сигналам устройства управления и обработки информации 13.In the thermal imaging channel, the switching of operating modes from a continuously changing field of view to a narrow field of view is carried out using the switching device 8 according to the signals of the control and information processing device 13.

В телевизионном канале сигналы с фотоприемных устройств 10 и 12 поступают в устройство управления и обработки информации 13. Прием излучения в первом и втором телевизионных каналах в режимах узкого и непрерывно изменяемого полей зрения осуществляется параллельно (одновременно), а переключение с одного режима работы на другой осуществляется в устройстве управления и обработки информации 13 за счет вывода на экран устройства отображения информации 14 сигналов только с одного из фотоприемных устройств.In the television channel, the signals from the photodetector devices 10 and 12 enter the control and information processing device 13. The radiation in the first and second television channels in the modes of narrow and continuously changing fields of view is received in parallel (simultaneously), and switching from one operating mode to another is carried out in the control device and information processing 13 due to the output to the screen of the display device information 14 signals from only one of the photodetector devices.

Таким образом, выполнение двухспектральной оптической системы в соответствии с формулой заявляемых материалов повышает ее информативность за счет ввода в каждом спектральном диапазоне режима работы, позволяющего получать дополнительную информацию об объекте наблюдения в непрерывно изменяемом угловом поле зрения, чем обеспечивается более высокая эффективность поиска, обнаружения и распознавания объектов.Thus, the implementation of a two-spectral optical system in accordance with the formula of the claimed materials increases its information content by entering an operating mode in each spectral range that allows obtaining additional information about the object of observation in a continuously changing angular field of view, which ensures higher efficiency of search, detection and recognition objects.

Claims (8)

1. Двухспектральная оптическая система, содержащая расположенные по ходу лучей главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое асферическое зеркало, спектроделитель, тепловизионный канал с первым объективом и фотоприемным устройством и первый телевизионный канал с объективом и фотоприемным устройством, при этом выходы фотоприемных устройств тепловизионного и первого телевизионного каналов подключены к входам устройства управления и обработки информации, отличающаяся тем, что введен второй телевизионный канал с объективом, выполненным с возможностью плавного изменения фокусного расстояния и расположенным в параллельном пучке лучей от бесконечно удаленного объекта, и фотоприемным устройством, выход которого подключен к соответствующему входу устройства управления и обработки информации, в тепловизионном канале дополнительно введены сопряженные с фотоприемным устройством второй объектив и третий объектив, выполненный с возможностью плавного изменения фокусного расстояния и расположенный в параллельном пучке лучей от бесконечно удаленного объекта, при этом передняя фокальная плоскость второго объектива совпадает с задними фокальными плоскостями первого и третьего объективов, а также устройство переключения потоков излучения, сопряженное с первым, вторым и третьим объективами и подключенное к управляющему выходу устройства управления и обработки информации.1. A two-spectral optical system comprising a main concave aspherical mirror with a central hole located along the rays, a secondary convex aspherical mirror, a spectro-splitter, a thermal imaging channel with a first lens and a photodetector, and a first television channel with a lens and a photodetector, while the outputs of the photodetector are thermal imaging and the first television channels are connected to the inputs of the control and information processing device, characterized in that the second television a channel with a lens made to smoothly change the focal length and located in a parallel beam of rays from an infinitely distant object, and a photodetector, the output of which is connected to the corresponding input of the control and information processing device, a second lens paired with a photodetector is additionally introduced and a third lens configured to smoothly change the focal length and located in a parallel beam of rays from at the same time, the front focal plane of the second lens coincides with the rear focal planes of the first and third lenses, as well as a radiation flux switching device coupled to the first, second and third lenses and connected to the control output of the information control and processing device. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что главное вогнутое и вторичное выпуклое асферические зеркала образуют афокальную насадку.2. The system according to claim 1, characterized in that the main concave and secondary convex aspherical mirrors form an afocal nozzle. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что спектроделитель выполнен в виде установленной под углом к оптической оси плоскопараллельной пластины и расположен в параллельном пучке лучей после вторичного зеркала афокальной насадки.3. The system according to claim 1, characterized in that the spectrometer is made in the form of a plane-parallel plate mounted at an angle to the optical axis and is located in a parallel beam of rays after the secondary mirror of the afocal nozzle. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первый объектив тепловизионного канала выполнен в виде последовательно установленных положительной выпукло-вогнутой, двояковогнутой и плоско-выпуклой линз.4. The system according to p. 1, characterized in that the first lens of the thermal imaging channel is made in the form of sequentially installed positive convex-concave, biconcave and plane-convex lenses. 5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что второй объектив тепловизионного канала выполнен в виде положительной выпукло-вогнутой линзы.5. The system according to claim 1, characterized in that the second lens of the thermal imaging channel is made in the form of a positive convex-concave lens. 6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что третий объектив тепловизионного канала выполнен в виде последовательно установленных неподвижной положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижных отрицательной выпукло-вогнутой и двояковогнутой линз, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, двух неподвижных выпукло-вогнутых линз, из которых первая выполнена положительной, а вторая - отрицательной.6. The system according to p. 1, characterized in that the third lens of the thermal imaging channel is made in the form of successively mounted motionless positive convex-concave lenses, movable negative convex-concave and biconcave lenses mounted with the possibility of moving along the optical axis, two stationary convex-concave lenses, of which the first is positive and the second is negative. 7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что объектив первого телевизионного канала выполнен в виде последовательно установленных двух двояковыпуклых, двояковогнутой, отрицательной вогнуто-выпуклой, плоско-выпуклой и двояковогнутой линз.7. The system according to p. 1, characterized in that the lens of the first television channel is made in the form of two biconvex, biconcave, negative concave-convex, flat-convex and biconcave lenses installed in series. 8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что объектив второго телевизионного канала выполнен в виде последовательно установленных первой неподвижной группы, содержащей отрицательные выпукло-вогнутую и вогнуто-выпуклую линзы, склейку из отрицательной выпукло-вогнутой и двояковыпуклой линз и двояковыпуклую линзу, второй подвижной группы, содержащей отрицательную выпукло-вогнутую линзу, склейку из положительной вогнуто-выпуклой и двояковогнутой линз и положительную выпукло-вогнутую линзу, и третьей подвижной группы, содержащей склейку из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, четвертой неподвижной группы, содержащей двояковыпуклую линзу, склейку из двояковыпуклой и отрицательной вогнуто-выпуклой линз, склейку из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, двояковыпуклую линзу, и две отрицательные линзы, из которых первая выполнена выпукло-вогнутой, а вторая - вогнуто-выпуклой.8. The system according to p. 1, characterized in that the lens of the second television channel is made in the form of sequentially installed first fixed group containing negative convex-concave and concave-convex lenses, gluing from a negative convex-concave and biconvex lens and a biconvex lens, the second a movable group containing a negative convex-concave lens, gluing a positive concave-convex and biconcave lens and a positive convex-concave lens, and a third movable group containing a gluing of two ovaconvex and biconvex lenses mounted with the ability to move along the optical axis, the fourth fixed group containing a biconvex lens, gluing a biconvex and negative concave-convex lenses, gluing a biconvex and biconcave lenses, the first biconvex lens, and two negative ones convex-concave, and the second concave-convex.
RU2015152728A 2015-12-08 2015-12-08 Two-spectral optical system RU2621782C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152728A RU2621782C1 (en) 2015-12-08 2015-12-08 Two-spectral optical system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152728A RU2621782C1 (en) 2015-12-08 2015-12-08 Two-spectral optical system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2621782C1 true RU2621782C1 (en) 2017-06-07

Family

ID=59032217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015152728A RU2621782C1 (en) 2015-12-08 2015-12-08 Two-spectral optical system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2621782C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3454338A (en) * 1965-02-10 1969-07-08 Onera (Off Nat Aerospatiale) Stellar spectrometer
US5386316A (en) * 1991-05-02 1995-01-31 Hughes Aircraft Company Optical systems having multiple simultaneous functions
RU44836U1 (en) * 2004-10-29 2005-03-27 Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт "ЦИКЛОН" TWO-CHANNEL OPTICAL-ELECTRONIC SYSTEM
RU98072U1 (en) * 2010-03-09 2010-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ГОУ ВПО "СГГА") DOUBLE SPECTRAL MIRROR AND LENS SYSTEM

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3454338A (en) * 1965-02-10 1969-07-08 Onera (Off Nat Aerospatiale) Stellar spectrometer
US5386316A (en) * 1991-05-02 1995-01-31 Hughes Aircraft Company Optical systems having multiple simultaneous functions
RU44836U1 (en) * 2004-10-29 2005-03-27 Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт "ЦИКЛОН" TWO-CHANNEL OPTICAL-ELECTRONIC SYSTEM
RU98072U1 (en) * 2010-03-09 2010-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ГОУ ВПО "СГГА") DOUBLE SPECTRAL MIRROR AND LENS SYSTEM

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108693634B (en) Wide-spectrum common-aperture television, infrared zooming imaging and laser tracking guiding optical system
US8451527B2 (en) Limited F-cone light source
US10119815B2 (en) Binocular with integrated laser rangefinder
CN103823294B (en) There is the continuous vari-focus medium-wave infrared optical system of overlength focal length
CN106706589B (en) Fluorescence detection system for cell analyzer
CN104458545A (en) Speed detection device for imaging flow cytometer
RU2630195C1 (en) Infrared telephoto lens with two vision fields
WO2014162991A1 (en) Ranging device
JP6408796B2 (en) Laser microscope equipment
CN110567581B (en) Method for detecting similar targets by multi-target imaging spectrum system based on DMD
RU162886U1 (en) TWO SPECTRAL OPTICAL SYSTEM
RU2621782C1 (en) Two-spectral optical system
JP6567764B2 (en) Dual-pupil dual-band wide-field re-imaging optical system
RU2694557C1 (en) Infrared system with two fields of view
RU2572463C1 (en) Optical laser range-finder sight
RU2570055C1 (en) Infrared catadioptric lens
RU2369885C2 (en) Double-channel catadioptric optical system (versions)
CN110673318A (en) Long-focus zooming optical system structure
US20220397747A1 (en) Objective, use of an objective and measurement system
RU2542790C1 (en) Infrared system
RU2624658C1 (en) Infrared system with two vision fields
RU2698545C2 (en) Combined surveillance device - sight with built-in pulse laser range finder
RU2630031C1 (en) Two-channel mirror-lens system
US7830597B2 (en) Optical system having selectable field for inspection
RU166689U1 (en) TWO FIELDS OF VISION INFRARED SYSTEM