RU2700033C2 - Двухспектральная оптическая система - Google Patents
Двухспектральная оптическая система Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700033C2 RU2700033C2 RU2018102438A RU2018102438A RU2700033C2 RU 2700033 C2 RU2700033 C2 RU 2700033C2 RU 2018102438 A RU2018102438 A RU 2018102438A RU 2018102438 A RU2018102438 A RU 2018102438A RU 2700033 C2 RU2700033 C2 RU 2700033C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- channel
- spectral range
- negative
- mcm
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 71
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 42
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001931 thermography Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Оптическая система может быть применена в тепло-телевизионных приборах наблюдения и прицеливания. Оптическая система включает общий входной канал, содержащий отрицательный мениск, плоскопараллельную пластинку с дихроичным покрытием на первой поверхности, отражающим спектральный диапазон (0,6÷1,0) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8,0÷14,0) мкм, два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов. Оптический канал для (0,6÷1,0) мкм содержит положительную и отрицательную линзы, отражающее зеркало, склеенные отрицательную и положительную линзы, апертурную диафрагму и отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Оптический канал для (8,0÷14,0) мкм содержит апертурную диафрагму, положительную и отрицательную линзы. Выполняется соотношение: FТП = (0,5 ÷ 1,5) ⋅ FТВ ⋅ , где FТП, FТВ - фокусные расстояния оптических каналов (8.0÷14,0) и (0,6÷1,0) мкм; dТП , dТВ - размеры пикселя ф/приемников оптических каналов (8.0÷14,0) и (0,6÷1,0) мкм. Технический результат - уменьшение количества оптических деталей в тепловизионном канале, расширение углового поля зрения обоих каналов при сохранении высоких оптических характеристик. 1 ил., 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве объектива к широкоугольным тепло-телевизионным приборам в самых разнообразных условиях эксплуатации.
Известна двухспектральная оптическая система для работы в тепло-телевизионных приборах в двух спектральных диапазонах - от 0,4 до 0,9 мкм и от 3,0 до 5,0 мкм (И.Л. Гейхман, В.Г. Волков «Видение и безопасность». Москва, ОАО «Типография «Новости», 2009 год, стр. 556, рис. 7.3.1 в), содержащая общий входной канал из двух компонентов, последовательно расположенных по ходу луча - отрицательного мениска и положительной линзы, плоское зеркало с дихроичным покрытием, пропускающим один спектральный диапазон и отражающим другой, а также два оптических канала, работающих в различных спектральных диапазонах.
В отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении, перед фотоприемником установлен оптический канал, предназначенный для работы в спектральном диапазоне (0,4÷0,9) мкм и состоящий из последовательно расположенных положительной двояковыпуклой линзы, положительной линзы, склейки из отрицательной и положительной линз, поворотного зеркала и фотоприемника.
В проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении перед фотоприемником установлен оптический канал, предназначенный для работы в спектральном диапазоне (3,0÷5,0) мкм и состоящий из последовательно расположенных положительного мениска, двух положительных линз, поворотного зеркала и фотоприемника.
Недостатком этой оптической системы является невысокая светосила в канале (3,0÷5,0) мкм, равная 1:2, и значительное число оптических деталей в этом канале, что еще более уменьшает его физическую светосилу, а также невысокая светосила в канале (0,40÷0,9) мкм, равная 1:1,8.
Наиболее близкой по технической сущности является двухспектральная оптическая система (патент RU 2436136 С1, опубл. 10.12.2011), содержащая общий входной канал, плоское зеркало с дихроичным покрытием, отражающим спектральный диапазон (0,5÷0,9) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8÷14) мкм, а также два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, причем общий входной канал содержит один компонент - положительный мениск, при этом первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,5÷0,9) мкм, выполнен в виде положительной двояковыпуклой линзы, второй - в виде отрицательной линзы, третий компонент этого канала выполнен в виде положительного мениска, четвертый - в виде отрицательного мениска, пятый - в виде положительной линзы, первый и третий компоненты оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (8,0÷14,0) мкм, выполнены в виде положительной линзы, второй компонент - в виде отрицательной линзы
Недостатком этой оптической системы является малые угловые поля зрения обоих каналов и сложность исполнения тепловизионного канала, содержащего по ходу лучей четыре оптических компонента.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение количества оптических деталей в тепловизионном канале с расширением углового поля зрения обоих каналов при сохранении высоких оптических характеристик.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в двухспектральной оптической системе, содержащей общий входной канал, плоскопараллельную пластинку с дихроичным покрытием на первой поверхности, отражающим спектральный диапазон (0,6÷1,0) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8,0÷14,0) мкм, два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,6÷1,0) мкм, выполненный в виде положительной линзы, второй - в виде отрицательной линзы, первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (8,0÷14,0) мкм, выполненный в виде положительной линзы, в отличие от известного, общий входной канал содержит отрицательный мениск, при этом третий и четвертый компоненты оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,6÷1,0) мкм, выполнены в виде склеенных между собой отрицательной и положительной линз, пятый компонент этого канала выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, апертурная диафрагма расположена между четвертым и пятым компонентами, а между вторым и третьим компонентами установлено отражающее зеркало, вместе с тем оптический канал, работающий в спектральном диапазоне (8,0÷14,0) мкм, выполнен двухкомпонентным, второй компонент которого представляет собой отрицательную линзу, а апертурная диафрагма расположена перед первым компонентом оптического канала (8,0÷14,0) мкм, при этом выполняется следующее соотношение:
где FТП - фокусное расстояние оптического канала (8,0÷14,0) мкм;
FТВ - фокусное расстояние оптического канала (0,6÷1,0) мкм;
dТП - размер пикселя ф/приемника оптического канала (8,0÷14,0) мкм;
dТВ - размер пикселя ф/приемника оптического канала (0,6÷1,0) мкм.
Такая оптическая система содержит меньшее число оптических деталей в тепловизионном канале, работающем в проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении, а также расширяет угловое поле зрения обоих каналов и с сохранением высоких оптических характеристик.
Оптическая схема двухканальной системы показана на фигуре 1.
Двухканальная оптическая система содержит общий входной канал, состоящий из отрицательной менисковой линзы 1, плоскопараллельной пластинки 2 с дихроичным покрытием на первой поверхности, пропускающим спектральный диапазон (8÷14) мкм и отражающим спектральный диапазон (0,6÷1,0) мкм, оптический канал в проходящем через пластинку 2 направлении, состоящий из апертурной диафрагмы 3, положительной линзы 4, отрицательной линзы 5 и защитного стекла 6 фотоприемника 7, оптический канал в отраженном от первой поверхности пластинки 2 направлении, состоящий из положительной линзы 8, отрицательной линзы 9, отражающего зеркала 10, отрицательного мениска 11, положительной двояковыпуклой линзы 12, апертурной диафрагмы 13, отрицательного мениска 14 и защитного стекла 15 фотоприемника 16.
Параметры такого варианта исполнения оптической системы для оптического канала спектрального диапазона (0,6÷1,0) мкм:
- расчетная длина волны 0,7 мкм;
- рабочий спектральный диапазон (0,6÷1,0) мкм;
- фокусное расстояние 29,9 мм;
- линейное поле зрения 9,0 мм;
- угловое поле зрения ~ 17,1°;
- относительное отверстие 1: 1,33
Параметры такого варианта исполнения оптической системы для оптического канала спектрального диапазона (8,0÷14,0) мкм:
- расчетная длина волны 10,6 мкм;
- рабочий спектральный диапазон (8,0÷14,0) мкм;
- фокусное расстояние 64,17 мм;
- линейное поле зрения 17,0 мм;
- угловое поле зрения ~ 15,1°;
- относительное отверстие 1: 1,28
Принцип действия оптической системы заключается в следующем.
Первый компонент 1, выполненный в виде отрицательного мениска, в сочетании со вторым компонентом 2, выполненным в виде плоскопараллельной пластинки с дихроичным покрытием на первой поверхности, является единым входным окном для обоих каналов, работающих в различных спектральных диапазонах.
Оптический канал в проходящем через пластинку 2 с дихроичным покрытием направлении, выполнен из положительного и отрицательного компонентов 4 и 5, а апертурная диафрагма 3 расположена перед компонентом 4, чем обеспечивается необходимая коррекция аберраций в спектральном диапазоне (8,0÷14,0) мкм, а также увеличение углового поля зрения.
Оптический канал в отраженном от пластинки 2 с дихроичным покрытием направлении, выполнен из силовой части - компоненты 8 и 9, которая создает необходимую оптическую силу канала, и компенсатора полевых аберраций из компонентов 11, 12 и 14, компенсирующего кривизну поверхности изображения в спектральном диапазоне (0,6÷1,0) мкм, а апертурная диафрагма 13 расположена между четвертым 12 и пятым компонентом 14, чем обеспечивается увеличение углового поля зрения с сохранением светосилы на уровне 1:1,33. Отражающее зеркало 10 расположено между компонентами 9 и 11 и служит для уменьшения габаритных размеров оптической системы.
Для реализации режима одновременного совмещения изображений от двух каналов разных спектральных диапазонов требуется совпадение величин мгновенных полей зрения с точностью, позволяющей провести дополнительную электронную коррекцию, для чего необходимо выполнить следующее соотношение:
где FТП - фокусное расстояние оптического канала (8.0÷14,0) мкм;
FТВ - фокусное расстояние оптического канала (0,6÷1,0) мкм;
dТП - размер пикселя ф/приемника оптического канала (8,0÷14,0) мкм;
dТВ - размер пикселя ф/приемника оптического канала (0,6÷1,0) мкм.
Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая:
- толщину защитного стекла 6 (или 15) фотоприемника, равную 1,0 мм (0,75 мм соответственно);
- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива - 1,0 на длинах волн 0,6 мкм и 0,7 мкм, 0,8 на длине волны 0,8 мкм, 0,5 на длине волны 0,9 мкм и 0,2 на длине волны 0,95 мкм, 1,0 на длинах волн 8,0 мкм, 10,6 мкм, 12,5 мкм и 13,5 мкм;
пространственную частоту ~90 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (0,6÷1,0) мкм с размером чувствительного элемента, равным 5,5 мкм),
пространственную частоту 30 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (8,0÷14,0) мкм с размером чувствительного элемента, равным 17 мкм),
получаем следующие расчетные значения качественных характеристик оптической системы:
- для оптического канала спектрального диапазона (0,6÷0,95) мкм:
- дифракционное качество КПК=87,9%
- для точки на оси КПК=45,9%
- для точки поля 3,5 мм от центра
изображения КПК М=31,3%
КПК C=34,4%
- для точки поля 4,5 мм от центра
изображения КПК М=11,3%
КПК C=36,6%
- для оптического канала спектрального диапазона (8,0÷14,0) мкм:
- дифракционное качество КПК М - 45,6%
КПК C=45,7%
- для точки на оси КПК М=40,9%
КПК C=43,6%
- для точки поля 6,0 мм от центра
изображения КПК М=29,3%
КПК C=38,4%
- для точки поля 8,5 мм от центра
изображения КПК М=33,7%
КПК C=38,7%
Как видно из расчетов, оптическая система, при простоте ее конструкции, обеспечивает практически двухкратное увеличение поля зрения, хорошее качество изображения для оптико-электронных приборов, использующих общий входной канал и два фотоприемника:
- телевизионную ПЗС матрицу спектрального диапазона (0,6÷1,0) мкм с размером пикселя 5,5 мкм и формата 1280×1024 пикселя;
- микроболометрическую матрицу спектрального диапазона (8,0÷14,0) мкм с размером пикселя 17 мкм и формата 800×600 пикселей.
Claims (6)
- Двухспектральная оптическая система, содержащая общий входной канал, плоскопараллельную пластинку с дихроичным покрытием на первой поверхности, отражающим спектральный диапазон (0,6÷1,0) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8,0÷14,0) мкм, два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,6÷1,0) мкм, выполненный в виде положительной линзы, второй - в виде отрицательной линзы, первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (8,0÷14,0) мкм, выполненный в виде положительной линзы, отличающаяся тем, что общий входной канал содержит отрицательный мениск, при этом третий и четвертый компоненты оптического канала, работающие в спектральном диапазоне (0,6÷1,0) мкм, выполнены в виде склеенных между собой отрицательной и положительной линз, пятый компонент этого канала выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, апертурная диафрагма расположена между четвертым и пятым компонентами, а между вторым и третьим компонентами расположено отражающее зеркало, вместе с тем оптический канал, работающий в спектральном диапазоне (8,0÷14,0) мкм, выполнен двухкомпонентным, второй компонент которого представляет собой отрицательную линзу, а апертурная диафрагма расположена перед первым компонентом оптического канала (8,0÷14,0) мкм, при этом выполняется следующее соотношение:
- где FТП - фокусное расстояние оптического канала (8.0÷14,0) мкм;
- FТВ - фокусное расстояние оптического канала (0,6÷1,0) мкм;
- dТП - размер пикселя ф/приемника оптического канала (8,0÷14,0) мкм;
- dТВ - размер пикселя ф/приемника оптического канала (0,6÷1,0) мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018102438A RU2700033C2 (ru) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Двухспектральная оптическая система |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018102438A RU2700033C2 (ru) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Двухспектральная оптическая система |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018102438A RU2018102438A (ru) | 2019-07-22 |
RU2018102438A3 RU2018102438A3 (ru) | 2019-07-24 |
RU2700033C2 true RU2700033C2 (ru) | 2019-09-12 |
Family
ID=67513145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018102438A RU2700033C2 (ru) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Двухспектральная оптическая система |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2700033C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU212877U1 (ru) * | 2022-04-28 | 2022-08-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) | Апланатический компенсатор кривизны поверхности изображения |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100208372A1 (en) * | 2009-02-19 | 2010-08-19 | Drs Sensors & Targeting Systems, Inc. | Compact Objective Lens Assembly for Simultaneously Imaging Multiple Spectral Bands |
RU2436136C1 (ru) * | 2010-05-17 | 2011-12-10 | Александр Владимирович Медведев | Двухспектральная оптическая система |
CN103278927A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-09-04 | 西安工业大学 | 双波段共口径共光路共变焦成像光学系统 |
RU2581763C2 (ru) * | 2014-04-24 | 2016-04-20 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером (варианты) |
US20160291332A1 (en) * | 2015-03-30 | 2016-10-06 | Novadaq Technologies Inc. | Multi-channel wide field imaging system and optical system for use therein |
-
2018
- 2018-01-22 RU RU2018102438A patent/RU2700033C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100208372A1 (en) * | 2009-02-19 | 2010-08-19 | Drs Sensors & Targeting Systems, Inc. | Compact Objective Lens Assembly for Simultaneously Imaging Multiple Spectral Bands |
RU2436136C1 (ru) * | 2010-05-17 | 2011-12-10 | Александр Владимирович Медведев | Двухспектральная оптическая система |
CN103278927A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-09-04 | 西安工业大学 | 双波段共口径共光路共变焦成像光学系统 |
RU2581763C2 (ru) * | 2014-04-24 | 2016-04-20 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером (варианты) |
US20160291332A1 (en) * | 2015-03-30 | 2016-10-06 | Novadaq Technologies Inc. | Multi-channel wide field imaging system and optical system for use therein |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU212877U1 (ru) * | 2022-04-28 | 2022-08-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) | Апланатический компенсатор кривизны поверхности изображения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018102438A3 (ru) | 2019-07-24 |
RU2018102438A (ru) | 2019-07-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2265993B1 (en) | Whole beam image splitting system | |
CN106461920B (zh) | 斜视物镜光学系统以及具备斜视物镜光学系统的内窥镜 | |
KR101807414B1 (ko) | 삼중대역 파장 영상을 동시 촬영하는 장거리 빗각촬영 카메라 광학계 | |
CN110208923B (zh) | 成像系统及具有该系统的光学镜头 | |
CN107430260A (zh) | 斜视物镜光学系统和具备该斜视物镜光学系统的斜视用内窥镜 | |
WO2014189558A2 (en) | Optical configuration for a compact integrated day/night viewing and laser range finding system | |
RU2615162C1 (ru) | Четырехканальная зеркально-линзовая оптическая система | |
CN104102018B (zh) | 双小凹局部高分辨率成像系统 | |
RU2436136C1 (ru) | Двухспектральная оптическая система | |
RU2700033C2 (ru) | Двухспектральная оптическая система | |
RU2581763C2 (ru) | Однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером (варианты) | |
CN109765685B (zh) | 一种双视场透射式多传感器单孔径光学系统 | |
KR20160036285A (ko) | 이중대역 파장 영상을 다중시계로 동시 촬영하는 광학 시스템 | |
CN114137699B (zh) | 一种小型高分辨率无热化中波红外光学系统 | |
CN107272174B (zh) | 一种折反射式光学镜头 | |
RU2662033C1 (ru) | Двухспектральная оптическая система | |
GB2531726A (en) | Compact multispectral wide angle refractive optical system | |
CN107121760A (zh) | 一种宽波段制冷红外折反射全景镜头 | |
RU2732342C1 (ru) | Светосильный объектив | |
CN114236798A (zh) | 折反射式无焦光学系统 | |
RU2655051C1 (ru) | Оптическая система прибора наблюдения | |
RU2617173C2 (ru) | Трехканальная зеркально-линзовая оптическая система | |
CN106054360A (zh) | 一种空间用像方远心镜头 | |
RU2646436C2 (ru) | Однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером | |
US5644122A (en) | Grin optical system |