RU2800795C2 - Instrument with multiple optical channels - Google Patents
Instrument with multiple optical channels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800795C2 RU2800795C2 RU2021120853A RU2021120853A RU2800795C2 RU 2800795 C2 RU2800795 C2 RU 2800795C2 RU 2021120853 A RU2021120853 A RU 2021120853A RU 2021120853 A RU2021120853 A RU 2021120853A RU 2800795 C2 RU2800795 C2 RU 2800795C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- component
- refractive surface
- refractive
- channel
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к инструменту с множеством оптических каналов, который включает в себя многоканальный монолитный оптический компонент, позволяющий разделять падающий световой пучок на множество выходящих пучков, которые отклоняются в разных направлениях.The present invention relates to a multi-channel tool that includes a multi-channel monolithic optical component capable of splitting an incident light beam into a plurality of exit beams that deviate in different directions.
Многочисленные устройства получения изображения или спектрометрического анализа требуют наличия расположенных параллельно нескольких оптических каналов между одним и тем же входным оптическим зрачком и одним и тем же датчиком изображения. Такая конфигурация может быть связана с ограничениями по размеру используемой оптической системы, легкости использования, снижению стоимости работ по сборке во время изготовления и/или себестоимости. Действительно, в этом случае оптическая система может быть моноблочной, компактной и может быть легко направлена на отображаемую и/или подвергаемую спектральному анализу сцену.Multiple imaging or spectrometric analysis devices require multiple optical channels arranged in parallel between the same entrance optical pupil and the same image sensor. Such a configuration may be due to limitations in the size of the optical system used, ease of use, reduced assembly labor during manufacture, and/or cost. Indeed, in this case, the optical system can be monoblock, compact and can be easily directed to the scene being displayed and/or subjected to spectral analysis.
Такая конфигурация требует воспроизведения одного и того же участка изображения с поперечными смещениями на поверхности единственного датчика изображения. Вместе с тем известно, что такие смещения изображения можно получить несколькими способами, в частности, располагая зеркала, как описано в документе WO 2016/092236. Однако размещение такого делителя пучка с зеркалами требует увеличения размеров оптической системы. Другой подход состоит в использовании призм-делителей пучка в зрачке оптической системы. Для этого делитель пучка необходимо поместить в месте, куда пучка приходят в виде плоских волн, то есть либо на входном зрачке системы, либо на выходе афокальной системы. В этих условиях компонент, который выполняет функцию деления пучка, должен быть специально разработан для каждой оптической системы, так как диаметр входного зрачка зависит от фокусного расстояния этой оптической системы, или же оптическая система является громоздкой по причине добавления афокальной системы. В случае, когда через такой компонент-делитель пучка проходит пучок излучения в виде сферических волн, изображения, получаемые на фотодетекторе, не могут быть четкими, так как поверхность, которая содержит каждое из этих изображений, образует угол с поверхностью фотодетектора, и этот угол отличается от одного изображения к другому. В частности, призмы, освещаемые сферическими, то есть не плоскими волнами, создают аберрации кривизны поля. Это приводит к ухудшению четкости каждого изображения на значительной его части. Наконец, еще одно решение состоит в использовании на пути пучка излучения в виде сферических волн линз, смещенных в боковом направлении относительно друг друга. Таким образом, оптическая сила каждой линзы может позволить приблизить плоскость лучшей фокусировки и ориентировать пучки, которые прошли через различные линзы, на разные зоны поверхности фотодетектора. Однако, чтобы получить достаточные поперечные смещения изображений, использование линз с не равными нулю значениями оптической силы требует существенного изменения фокусного расстояния объектива оптической системы, чтобы сохранить одинаковой общее фокусное расстояние оптической системы. Кроме того, это требует увеличения длины части оптической системы, которая формирует пучок излучения в виде сферических волн, то есть объектива. Это приводит к увеличению размера и требует оптики с более значительными диаметрами. Оптическая система перестает при этом отвечать требованиям компактности во многих областях применения.Such a configuration requires the reproduction of the same area of the image with transverse displacements on the surface of a single image sensor. However, it is known that such image shifts can be obtained in several ways, in particular by arranging mirrors as described in WO 2016/092236. However, the placement of such a beam splitter with mirrors requires an increase in the dimensions of the optical system. Another approach is to use beam splitter prisms in the pupil of the optical system. To do this, the beam splitter must be placed in the place where the beams arrive in the form of plane waves, that is, either at the entrance pupil of the system or at the exit of the afocal system. Under these conditions, the component that performs the function of splitting the beam must be specially designed for each optical system, since the diameter of the entrance pupil depends on the focal length of this optical system, or the optical system is cumbersome due to the addition of an afocal system. In the case where a spherical wave radiation beam passes through such a beam splitter component, the images produced by the photodetector cannot be clear, since the surface that contains each of these images forms an angle with the surface of the photodetector, and this angle is different. from one image to another. In particular, prisms illuminated by spherical, that is, non-plane waves, create field curvature aberrations. This leads to a deterioration in the clarity of each image over a significant part of it. Finally, another solution is to use lenses in the path of the radiation beam in the form of spherical waves, shifted in the lateral direction relative to each other. Thus, the optical power of each lens can make it possible to approximate the plane of best focusing and orient the beams that have passed through different lenses to different areas of the photodetector surface. However, in order to obtain sufficient lateral image shifts, the use of lenses with non-zero optical power values requires a significant change in the focal length of the lens of the optical system in order to keep the overall focal length of the optical system the same. In addition, this requires an increase in the length of the part of the optical system that forms the radiation beam in the form of spherical waves, that is, the lens. This leads to an increase in size and requires optics with larger diameters. The optical system ceases to meet the requirements of compactness in many areas of application.
В этих обстоятельствах настоящее изобретение призвано предложить новый делитель пучка, который не имеет вышеупомянутых недостатков или в котором эти недостатки частично устранены. В частности, задачей изобретения является достижение лучшего компромисса между значениями фокусного расстояния, которые не являются слишком большими, и кривизной поля, которая не является слишком большой на поверхности фотодетектора, общего для всех оптических путей. Under these circumstances, the present invention aims to provide a new beam splitter that does not have the aforementioned disadvantages or in which these disadvantages are partially eliminated. In particular, it is an object of the invention to achieve a better compromise between focal lengths that are not too large and field curvature that is not too large on the photodetector surface common to all optical paths.
Изобретение призвано также предложить инструмент с множеством оптических каналов и с одним датчиком изображения, общим для всех каналов, являющийся компактным, легким в управлении и в калибровке.The invention also aims to provide an instrument with multiple optical channels and one image sensor common to all channels, which is compact, easy to operate and calibrate.
Для решения по меньшей мере одной из этих задач или других задач изобретением предложен инструмент с множеством оптических каналов, имеющий поле зрения, которое является общим для этих оптических каналов и в котором оптические каналы расположены параллельно, каждый между оптическим входом инструмента, общим для оптических каналов, и матричным фотодетектором, тоже общим для оптических каналов, с участком этого матричного фотодетектора, выделенным для каждого оптического канала инструмента и отделенным от каждого другого оптического канала. Таким образом, инструмент может формировать одновременно несколько изображений на матричном фотодетекторе: одно изображение отдельно на каждый оптический канал. Заявленный инструмент содержит многоканальный монолитный оптический, который образован участком материала, прозрачного для рабочего излучения, причем этот участок заключен между двумя сторонами компонента, каждая из которых обращена в направлении, противоположном другой стороне, таким образом, что излучение, падающее на одну из двух сторон, проходит через участок между двумя сторонами и выходит через другую сторону. Иначе говоря, заявленный компонент имеет конфигурацию пропускающей пластинки. Первая из двух сторон компонента образована первой преломляющей поверхностью, которая имеет оптическую ось. Другая сторона компонента, называемая второй стороной, содержит несколько вторых преломляющих поверхностей, которые расположены рядом друг с другом без перекрывания на этой второй стороне. Каждая вторая преломляющая поверхность имеет при этом другую оптическую ось отделенную от каждой другой второй преломляющей поверхности, при этом оптическая ось по меньшей мере одной из этих вторых преломляющих поверхностей смещена относительно оптической оси первой преломляющей поверхности. Кроме того, вторые преломляющие поверхности распределены на второй стороне компонента таким образом, что световой пучок, проходящий через первую преломляющую поверхность, выходит из компонента не более чем через одну из вторых преломляющих поверхностей, при этом каждая вторая преломляющая поверхность образует с соответствующим участком первой преломляющей поверхности оптический канал пропускания, который отделен от каждой другой второй преломляющей поверхности. Многоканальный монолитный компонент расположен таким образом, чтобы каждый оптический канал пропускания этого компонента был выделен для одного из оптических каналов инструмента.To solve at least one of these problems or other problems, the invention provides a tool with multiple optical channels, having a field of view that is common to these optical channels and in which the optical channels are located in parallel, each between the optical input of the tool, common to the optical channels, and a matrix photodetector, also common to optical channels, with a section of this matrix photodetector dedicated to each optical channel of the instrument and separated from each other optical channel. Thus, the tool can simultaneously form several images on the matrix photodetector: one image separately for each optical channel. The proposed tool contains a multi-channel monolithic optical, which is formed by a section of material transparent to the working radiation, and this section is enclosed between two sides of the component, each of which faces in the direction opposite to the other side, so that the radiation incident on one of the two sides, passes through the section between the two sides and exits through the other side. In other words, the claimed component has the configuration of a transmissive plate. The first of the two sides of the component is formed by the first refractive surface, which has an optical axis. The other side of the component, called the second side, contains several second refractive surfaces that are located next to each other without overlapping on this second side. Each second refractive surface in this case has a different optical axis separated from each other second refractive surface, while the optical axis of at least one of these second refractive surfaces is offset relative to the optical axis of the first refractive surface. In addition, the second refractive surfaces are distributed on the second side of the component in such a way that the light beam passing through the first refractive surface exits the component through no more than one of the second refractive surfaces, with each second refractive surface forming with the corresponding portion of the first refractive surface an optical transmission channel that is separated from each other second refractive surface. A multi-channel monolithic component is located in such a way that each optical transmission channel of this component is allocated to one of the optical channels of the instrument.
Инструмент дополнительно содержит объектив и модуль детектирования с множеством оптических каналов, при этом объектив содержит по меньшей мере одну линзу, общую для всех оптических каналов модуля детектирования, модуль детектирования содержит оптический компонент и матричный фотодетектор и связан с объективом таким образом, что оптический компонент находится в выходном зрачке объектива, и таким образом, что сцена, находящаяся в поле зрения инструмента, отображается через объектив и оптический компонент для каждого оптического канала на матричном фотодетекторе.The tool additionally contains a lens and a detection module with a plurality of optical channels, wherein the lens contains at least one lens common to all optical channels of the detection module, the detection module contains an optical component and a matrix photodetector and is connected to the lens in such a way that the optical component is located in the exit pupil of the lens, and in such a way that the scene in the field of view of the instrument is displayed through the lens and optical component for each optical channel on the matrix photodetector.
В заявленном инструменте сторона первой преломляющей поверхности монолитного оптического компонента может быть стороной входа пучка излучения, а сторона вторых преломляющих поверхностей этого компонента может быть стороной выхода соответствующих пучков излучения всех оптических каналов. Вместе с тем, в других инструментах, тоже выполненных в соответствии с изобретением, сторона вторых преломляющих поверхностей может быть, наоборот, стороной входа пучка излучения, а сторона первой преломляющей поверхности является при этом стороной выхода пучков излучения всех оптических каналов.In the claimed tool, the side of the first refractive surface of the monolithic optical component may be the input side of the radiation beam, and the side of the second refractive surfaces of this component may be the output side of the corresponding radiation beams of all optical channels. However, in other instruments, also made in accordance with the invention, the side of the second refractive surfaces can, on the contrary, be the input side of the radiation beam, and the side of the first refractive surface is the output side of the radiation beams of all optical channels.
Согласно первому признаку изобретения, соответствующие значения кривизны первой преломляющей поверхности и каждой второй преломляющей поверхности монолитного оптического компонента являются ненулевыми по меньшей мере в одной соответствующей точке каждой из первой и вторых преломляющих поверхностей, поэтому каждая из первой и вторых преломляющих поверхностей изменяет индивидуально схождение пучка излучения, проходящего через нее в соответствующей точке с ненулевой кривизной.According to the first feature of the invention, the respective values of the curvature of the first refractive surface and each second refractive surface of the monolithic optical component are non-zero at least at one corresponding point of each of the first and second refractive surfaces, therefore, each of the first and second refractive surfaces individually changes the convergence of the radiation beam, passing through it at the corresponding point with nonzero curvature.
Кроме того, согласно второму признаку изобретения, каждый оптический канал монолитного оптического компонента, в котором оптическая ось второй преломляющей поверхности смещена относительно оптической оси первой преломляющей поверхности, показывает ненулевую силу призматического отклонения, которая является эффективной для пучка излучения, пропускаемого этим оптическим каналом между двумя сторонами компонента. Кроме того, значение и/или ориентация силы призматического отклонения различаются между по меньшей мере двумя оптическими каналами компонента.In addition, according to the second feature of the invention, each optical channel of the monolithic optical component, in which the optical axis of the second refractive surface is offset relative to the optical axis of the first refractive surface, shows a non-zero prismatic deflection strength, which is effective for the radiation beam transmitted by this optical channel between the two sides component. In addition, the value and/or orientation of the prismatic deflection force differ between at least two optical channels of the component.
Таким образом, многоканальный монолитный оптический компонент, используемый в заявленном инструменте и называемый в дальнейшем просто «оптическим компонентом», можно использовать в качестве делителя пучка. В частности, пучок, падающий на первую или вторую сторону этого оптического компонента и являющийся общим для всех оптических каналов, может быть пучком излучения в виде сферических волн, то есть пучком излучения, в котором фронт волны является участком сферы.Thus, the multi-channel monolithic optical component used in the inventive tool, hereinafter simply referred to as "optical component", can be used as a beam splitter. In particular, the beam incident on the first or second side of this optical component and which is common to all optical channels may be a radiation beam in the form of spherical waves, that is, a radiation beam in which the wave front is a segment of a sphere.
Если одна из преломляющих поверхностей оптического компонента имеет кривизну, одинаковую с кривизной первой преломляющей поверхности в одном из оптических каналов, компонент имеет оптическую силу, которая является нулевой для этого оптического канала, но, тем не менее, может иметь силу призматического отклонения, которая не является нулевой для этого же оптического канала.If one of the refractive surfaces of an optical component has the same curvature as the curvature of the first refractive surface in one of the optical channels, the component has a power that is zero for that optical channel, but may still have a prismatic deflection power that is not zero for the same optical channel.
Предпочтительно, соответствующие значения кривизны первой преломляющей поверхности и каждой второй преломляющей поверхности оптического компонента могут быть такими, что отдельно для каждого оптического канала компонент имеет ненулевую оптическую силу, которая является эффективной для пучка излучения, пропускаемого этим оптическим каналом между двумя сторонами компонента.Preferably, the respective values of the curvature of the first refractive surface and each second refractive surface of the optical component may be such that, for each optical channel separately, the component has a non-zero optical power that is effective for the radiation beam transmitted by this optical channel between the two sides of the component.
Как известно специалисту в данной области техники, оптическая сила оптического компонента является эффектом изменения схождения или расхождения пучка излучения, который является эффективным между входом и выходом компонента. Оптическая сила является результатом эффекта преломления света, связанного со значениями кривизны преломляющих поверхностей, через которые проходит каждый световой пучок.As known to one skilled in the art, the power of an optical component is the effect of changing the convergence or divergence of the radiation beam that is effective between the input and output of the component. Optical power is the result of the effect of refraction of light associated with the values of the curvature of the refractive surfaces through which each light beam passes.
Оптическая сила принципиально отличается от силы призматического отклонения оптического компонента. Сила призматического отклонения является эффектом изменения наклона пучка излучения, тоже эффективным между входом и выходом компонента. Сила призматического отклонения является также результатом эффекта преломления света, но, когда она связана со средними плоскостями преломляющих поверхностей, которые не являются параллельными между собой.The optical power is fundamentally different from the power of the prismatic deflection of the optical component. The force of the prismatic deflection is the effect of changing the tilt of the radiation beam, also effective between the input and output of the component. The prismatic deflection force is also a result of the effect of light refraction, but when it is related to the median planes of the refractive surfaces, which are not parallel to each other.
В оптическом компоненте заявленного инструмента по меньшей мере для одного из оптических каналов, который смещен в поперечном направлении относительно оптической оси первой преломляющей поверхности, средняя плоскость второй преломляющей поверхности этого оптического канала может образовывать не равный нулю угол со средней плоскостью, которая определена для первой преломляющей поверхности в ее участке, эффективном для этого оптического канала. При этом сила призматического отклонения является результатом этой угловой разности между средними плоскостями, а ненулевое значение оптической силы компонента в рассматриваемом оптическом канале является результатом разности кривизны межу первой и второй преломляющими поверхностями внутри этого канала.In the optical component of the claimed tool for at least one of the optical channels, which is transversely displaced relative to the optical axis of the first refractive surface, the average plane of the second refractive surface of this optical channel can form a non-zero angle with the average plane, which is defined for the first refractive surface in its section effective for this optical channel. In this case, the prismatic deflection force is the result of this angular difference between the mean planes, and the non-zero value of the optical power of the component in the considered optical channel is the result of the curvature difference between the first and second refractive surfaces inside this channel.
Таким образом, для каждого канала из оптических каналов, смещенного относительно оптической оси первой преломляющей поверхности, оптический компонент может сочетать в себе ненулевую оптическую силу и ненулевую силу призматического отклонения. Это сочетание позволяет получить для каждого оптического канала компромисс между значением фокусного расстояния, которое является не слишком большим для системы формирования изображения, включающей в себя указанный компонент, и кривизной поля, которая не является слишком большой в плоскости изображения, общей для всех оптических каналов. Благодаря этому последнему признаку, в модуле детектирования с множеством каналов указанного инструмента оптический компонент можно объединить с матричным фотодетектором, общим для всех оптических каналов. При этом модуль детектирования может быть компактным, хотя и имеет несколько оптических каналов. Thus, for each channel of the optical channels displaced relative to the optical axis of the first refractive surface, the optical component can combine a non-zero optical power and a non-zero prismatic deflection power. This combination makes it possible to obtain for each optical channel a compromise between a focal length value that is not too large for an imaging system including said component, and a field curvature that is not too large in the image plane common to all optical channels. Due to this latter feature, in the multi-channel detection module of said instrument, the optical component can be combined with a photodetector array common to all optical channels. In this case, the detection module can be compact, although it has several optical channels.
Кроме того, такой модуль детектирования можно комбинировать с разными объективами, образующими, например, ряд объективов с разными значениями фокусного расстояния. Для того модуль детектирования можно соединять с каждым из взаимозаменяемых объективов каждый раз таким образом, чтобы заявленный оптический компонент находился в выходном зрачке объектива.In addition, such a detection module can be combined with different lenses, forming, for example, a series of lenses with different focal lengths. To this end, the detection module can be connected to each of the interchangeable lenses each time in such a way that the claimed optical component is in the exit pupil of the lens.
В целом, в рамках изобретения по меньшей мере одна поверхность из первой преломляющей поверхности и каждой второй преломляющей поверхности оптического компонента может быть поверхностью Френеля. В альтернативном варианте речь может идти о поверхности, не имеющей перепадов и угловых линий, то есть о сплошной и непрерывно дифференцируемой поверхности. Кроме того, первая преломляющая поверхность и/или по меньшей мере одна из вторых преломляющих поверхностей оптического компонента может(гут) быть асферической(ими). Такие асферические формы позволяют, в частности, уменьшить оптические аберрации и/или аберрации смещения по причине наклона пучка излучения, выходящего из каждого оптического канала, в котором оптическая ось второй преломляющей поверхности смещена в поперечном направлении относительно оптической оси первой преломляющей поверхности.In general, within the scope of the invention, at least one of the first refractive surface and each second refractive surface of the optical component may be a Fresnel surface. Alternatively, we can talk about a surface that does not have drops and angular lines, that is, a continuous and continuously differentiable surface. In addition, the first refractive surface and/or at least one of the second refractive surfaces of the optical component may be aspherical(s). Such aspherical shapes make it possible, in particular, to reduce optical aberrations and/or displacement aberrations due to the inclination of the radiation beam emerging from each optical channel, in which the optical axis of the second refractive surface is transversely offset relative to the optical axis of the first refractive surface.
В целом, по меньшей мере одна поверхность из первой преломляющей поверхности и вторых преломляющих поверхностей оптического компонента может быть несвязанной поверхностью, то есть не иметь оси симметрии вращения и не иметь центра симметрии. Такая поверхность является так называемой поверхностью произвольной формы и известна под названием Freeform®.In general, at least one surface of the first refractive surface and the second refractive surfaces of the optical component may be an uncoupled surface, that is, have no axis of rotational symmetry and no center of symmetry. Such a surface is a so-called freeform surface and is known as Freeform®.
В альтернативном варианте первая и/или вторая преломляющая поверхность оптического компонента может быть поверхностью с круговой симметрией, в частности, может быть участком сферы или может быть участком конусной поверхности.Alternatively, the first and/or second refractive surface of the optical component may be a surface with circular symmetry, in particular, may be a portion of a sphere, or may be a portion of a conical surface.
Предпочтительно первая преломляющая поверхность и каждая вторая преломляющая поверхность оптического компонента могут иметь соответствующие центры кривизны, которые находятся с одной стороны компонента. Например, когда соответствующие центры кривизны находятся со стороны первой преломляющей поверхности компонента, эта первая преломляющая поверхность производит эффект рассеивающей линзы для пучка излучения, который падает на эту первую преломляющую поверхность, а каждая вторая преломляющая поверхность производит эффект собирающей линзы. Кроме того, соответствующие значения кривизны первой преломляющей поверхности и каждой второй преломляющей поверхности можно выбирать таким образом, чтобы компонент показывал эффект собирающей линзы в каждом из своих оптических каналов. Preferably, the first refractive surface and each second refractive surface of the optical component may have respective centers of curvature that are on the same side of the component. For example, when the respective centers of curvature are on the side of the first refractive surface of the component, this first refractive surface produces the effect of a diverging lens for the radiation beam that falls on this first refractive surface, and every second refractive surface produces the effect of a converging lens. In addition, the respective values of the curvature of the first refractive surface and each second refractive surface can be chosen such that the component exhibits a converging lens effect in each of its optical channels.
Поскольку оптический компонент является монолитным, его установка внутри оптического инструмента с множеством каналов может быть простой и быстрой. Вместе с тем, специальная доводка формы одной ли нескольких из вторых преломляющих поверхностей позволяет осуществлять фокусировку, одинаковую для рассматриваемых оптических каналов. За счет этого снижается себестоимость инструмента.Since the optical component is monolithic, its installation inside an optical instrument with multiple channels can be simple and fast. At the same time, a special refinement of the shape of one or several of the second refractive surfaces makes it possible to achieve focusing that is the same for the considered optical channels. This reduces the cost of the tool.
Кроме того, оптический компонент может иметь небольшие размеры, в частности, небольшую толщину, поэтому его теплоемкость может быть низкой. Его можно легко охлаждать, в частности, чтобы использовать в инструменте детектирования, который является чувствительным в тепловой инфракрасной области.In addition, the optical component may be small, in particular thin, so that its heat capacity may be low. It can be easily cooled, in particular to be used in a detection instrument which is sensitive in the thermal infrared region.
Наконец, оптический компонент, используемый в заявленном инструменте, можно изготовить при помощи процесса алмазной обработки, формования или фотолитографии в зависимости от его материала и от формы его преломляющих поверхностей.Finally, the optical component used in the inventive tool can be made using a diamond cutting, molding or photolithography process, depending on its material and the shape of its refractive surfaces.
В различных вариантах выполнения изобретения можно применять по меньшей мере один из следующих отличительных признаков, рассматриваемых отдельно или в комбинации:In various embodiments of the invention, at least one of the following distinguishing features, considered separately or in combination, can be used:
- оптическая ось каждой второй преломляющей поверхности оптического компонента может быть параллельной относительно оптической оси первой преломляющей поверхности;- the optical axis of each second refractive surface of the optical component may be parallel to the optical axis of the first refractive surface;
- два из оптических каналов оптического компонента, в которых соответствующие оптические оси вторых преломляющих поверхностей смещены симметрично относительно оптической оси первой преломляющей поверхности, могут иметь равную оптическую силу и могут иметь силу призматического отклонения, которая является равной по абсолютной величине, но ориентирована симметрично относительно оптической оси первой преломляющей поверхности;- two of the optical channels of the optical component, in which the respective optical axes of the second refractive surfaces are displaced symmetrically with respect to the optical axis of the first refractive surface, may have equal optical power and may have a prismatic deflection power that is equal in absolute value, but oriented symmetrically with respect to the optical axis the first refractive surface;
- вторые преломляющие поверхности оптического компонента могут быть расположены рядом друг с другом на второй стороне компонента, образуя матрицу 2 × 2, 2 × 3, 3 × 3, 3 × 4 или 4 × 4;- the second refractive surfaces of the optical component can be located next to each other on the second side of the component, forming a matrix of 2 × 2, 2 × 3, 3 × 3, 3 × 4 or 4 × 4;
- материал оптического компонента может быть органическим, в частности, на основе поликарбоната, полиметилметакрилата, сополимера цикло-олефина, полиэтиленимина, полиэфирсульфона, полиамида-12, или может быть на основе расплавленного кремнезема, когда рабочее излучение имеет спектральные составляющие, длина волны которых находится в пределах от 0,36 мкм (микрометра) до 2 мкм;- the material of the optical component may be organic, in particular based on polycarbonate, polymethyl methacrylate, copolymer of cyclo-olefin, polyethyleneimine, polyethersulfone, polyamide-12, or may be based on molten silica, when the working radiation has spectral components whose wavelength is in range from 0.36 µm (micrometer) to 2 µm;
- материалом оптического компонента может быть галогенид щелочного металла или “alkalide” на английском языке, такой как бромид калия, когда рабочее излучение имеет спектральные составляющие, длина волны которых находится в пределах от 0,36 мкм до 14 мкм;- the material of the optical component may be an alkali metal halide or "alkalide" in English, such as potassium bromide, when the working radiation has spectral components whose wavelength is in the range from 0.36 µm to 14 µm;
- материал оптического компонента может быть на основе неферромагнитных материалов, таких как германий, кремний, сульфид цинка, арсенид галлия, или может быть стеклом на основе халькогенида, или может быть на основе полиэтилена, когда рабочее излучение имеет спектральные составляющие, длина волны которых находится в пределах от 0,36 мкм до 14 мкм;- the material of the optical component may be based on non-ferromagnetic materials such as germanium, silicon, zinc sulfide, gallium arsenide, or may be glass based on chalcogenide, or may be based on polyethylene, when the working radiation has spectral components whose wavelength is in within the range from 0.36 µm to 14 µm;
- радиус кривизны первой преломляющей поверхности оптического компонента может составлять от 30 мм (миллиметров) до 600 мм по абсолютной величине, а радиус кривизны каждой второй преломляющей поверхности компонента может составлять от 5 мм до 300 мм по абсолютной величине;- the radius of curvature of the first refractive surface of the optical component may be from 30 mm (millimeters) to 600 mm in absolute value, and the radius of curvature of each second refractive surface of the component may be from 5 mm to 300 mm in absolute value;
- сила призматического отклонения каждого оптического канала оптического компонента, в котором оптическая ось каждой второй преломляющей поверхности смещена относительно оптической оси первой преломляющей поверхности, может составлять от 1° (градуса) до 40° по абсолютной величине;- the strength of the prismatic deflection of each optical channel of the optical component, in which the optical axis of each second refractive surface is shifted relative to the optical axis of the first refractive surface, can be from 1° (degree) to 40° in absolute value;
- каждая вторая преломляющая поверхность оптического компонента может иметь площадь, составляющую от 7 мм2 до 900 мм2; и- every second refractive surface of the optical component may have an area ranging from 7 mm 2 to 900 mm 2 ; And
- оптический компонент может дополнительно содержать по меньшей мере один спектральный фильтр, выполненный с возможностью фильтровать световые лучи, пропускаемые через один из оптических каналов. Предпочтительно этот спектральный фильтр может быть расположен на второй преломляющей поверхности рассматриваемого оптического канала. Предпочтительно по меньшей мере две из вторых преломляющих поверхностей могут нести на себе соответствующие спектральные фильтры, по одному фильтру на каждую вторую преломляющую поверхность, причем эти фильтры имеют спектральные характеристики фильтрации, различающиеся между двумя из этих вторых преломляющих поверхностей.- the optical component may further comprise at least one spectral filter configured to filter the light rays transmitted through one of the optical channels. Preferably, this spectral filter may be located on the second refractive surface of the considered optical channel. Preferably, at least two of the second refractive surfaces may carry respective spectral filters, one filter for each second refractive surface, which filters have different spectral filter characteristics between the two of these second refractive surfaces.
Заявленный инструмент может, в частности, образовывать устройство получения многоспектральных изображений или часть спектрометра, или часть системы получения трехмерных изображений.The tool according to the invention may in particular form a multispectral imaging device or part of a spectrometer or part of a 3D imaging system.
Предпочтительно объектив и модуль детектирования могут быть соединены между собой разъемно таким образом, что объектив можно заменять другим объективом, в частности, чтобы изменять значение общего фокусного расстояния инструмента.Preferably, the lens and the detection module can be releasably connected to each other in such a way that the lens can be replaced by another lens, in particular to change the value of the overall focal length of the instrument.
Когда инструмент формирует на матричном фотодетекторе несколько изображений одного объекта, находящегося в поле зрения инструмента, излучение, исходящее из точки этого объекта, может иметь фронт волны, который является криволинейным на первой или второй стороне оптического компонента, которая обращена к объективу.When the instrument generates multiple images of the same object in the instrument's field of view on the photo array, the radiation emanating from a point on that object may have a wavefront that is curved on the first or second side of the optical component that faces the lens.
Инструмент может дополнительно содержать ограничитель углового поля, выполненный с возможностью фильтровать световые лучи, проходящие через оптический компонент, в зависимости от их наклона по отношению к оптической оси первой преломляющей поверхности таким образом, чтобы наклоны световых лучей, падающих на оптический компонент, были выборочно меньше порога наклона, определенного ограничителем углового поля. Альтернативно или в комбинации, инструмент может содержать по меньшей мере один набор разделительных стенок, расположенных между оптическим компонентом и матричным фотодетектором, чтобы изолировать излучения, пропускаемые разными оптическими каналами.The tool may further comprise an angular field limiter configured to filter the light rays passing through the optical component, depending on their inclination with respect to the optical axis of the first refractive surface, so that the inclinations of the light rays incident on the optical component are selectively less than a threshold. slope defined by the angular field limiter. Alternatively, or in combination, the tool may include at least one set of separating walls located between the optical component and the photoarray to isolate radiation transmitted by different optical channels.
Предпочтительно, в некоторых вариантах применения в инструменте можно использовать маску с отверстиями, причем эта маска имеет одно отверстие на каждый оптический канал, чтобы ограничивать поперечное сечение этого оптического канала и/или чтобы закрывать зоны оптического компонента, которые не используются для функции инструмента по формированию изображений, и/или чтобы исключать паразитные изображения, образованные излучением, не прошедшим через полезные зоны оптического компонента, и/или чтобы определять соответствующие зрачки оптических каналов инструмента. Под полезными зонами оптического компонента следует понимать вторые преломляющие поверхности за исключением зон разделения, которые могут существовать на второй стороне оптического компонента между вторыми преломляющими поверхностями, которые находятся рядом друг с другом на этой второй стороне. Таким образом, эти зоны разделения являются зонами, не являющимися полезными для функции инструмента по формированию изображения, как и периферическая зона, которая может находиться на второй стороне оптического компонента вокруг всех вторых преломляющих поверхностей. Когда оптический компонент находится в выходном зрачке объектива, каждое отверстие этой маски имеет функцию апертурной диафрагмы для рассматриваемого оптического канала.Preferably, in some applications, a mask with holes can be used in the tool, this mask having one hole per optical channel to limit the cross section of that optical channel and/or to cover areas of the optical component that are not used for the function of the imaging tool , and/or to exclude spurious images formed by radiation that has not passed through the useful areas of the optical component, and/or to determine the corresponding pupils of the optical channels of the tool. The useful areas of the optical component are to be understood as the second refractive surfaces, with the exception of the separation zones that may exist on the second side of the optical component between the second refractive surfaces that are adjacent to each other on this second side. Thus, these separation zones are zones that are not useful for the function of the imaging tool, as is the peripheral zone, which may be on the second side of the optical component around all the second refractive surfaces. When the optical component is in the exit pupil of the lens, each aperture of this mask has the function of an aperture stop for the optical channel in question.
В некоторых вариантах применения заявленного инструмента каждый из его оптических каналов может содержать по меньшей мере один фильтр в дополнение к соответствующему участку матричного фотодетектора и к соответствующему каналу оптического компонента. Этот фильтр может определять спектральную полосу пропускания рассматриваемого оптического канала инструмента, которая отличается от спектральной полосы пропускания по меньшей мере одного из других оптических каналов инструмента. В этом случае две из вторых преломляющих поверхностей, связанных с разными фильтрами в соответствующих оптических каналах, могут иметь разную кривизну, чтобы компенсировать эффективный продольный хроматизм между двумя длинами волны излучения, каждая из которых пропускается раздельно через один из двух фильтров.In some applications of the claimed tool, each of its optical channels may contain at least one filter in addition to the corresponding section of the matrix photodetector and to the corresponding channel of the optical component. This filter may determine the spectral bandwidth of the considered optical channel of the tool, which is different from the spectral bandwidth of at least one of the other optical channels of the tool. In this case, two of the second refractive surfaces associated with different filters in the respective optical channels may have different curvature to compensate for the effective longitudinal chromatism between the two wavelengths of radiation, each of which is passed separately through one of the two filters.
В зависимости от варианта применения заявленный инструмент может дополнительно содержать комбинацию криостата и холодильной машины. Внутри криостата матричный фотодетектор расположен на опоре, обычно называемой холодным столом или холодным держателем, связанной термически с холодильной машиной. Кроме того, многоканальный монолитный оптический компонент может быть окружен сбоку экраном, называемым холодным экраном, который входит также в термический контакт с опорой матричного фотодетектора. Этот холодный экран может служить оправой для компонента и/или для каждого используемого фильтра, и/или для маски, и/или для разделительных стенок. Он может также образовать ограничитель углового поля.Depending on the application, the claimed tool may further comprise a combination of a cryostat and a chiller. Inside the cryostat, the photodetector array is located on a support, commonly referred to as a cold table or cold holder, thermally coupled to the refrigeration machine. In addition, the multi-channel monolithic optical component may be surrounded on the side by a shield, called a cold shield, which also comes into thermal contact with the photodetector support. This cold shield can serve as a frame for the component and/or for each filter used and/or for the mask and/or for the partition walls. It may also form an angular field limiter.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания не ограничительного варианта выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of a non-limiting embodiment, with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1а и фиг. 1b - два вида в перспективе оптического компонента, который может быть использован в заявленном инструменте, с двух противоположных сторон компонента.Fig. 1a and fig. 1b are two perspective views of an optical component that can be used in the claimed tool, from two opposite sides of the component.
Фиг. 2 - вид в плане другого оптического компонента, который может быть использован в заявленном инструменте.Fig. 2 is a plan view of another optical component that can be used in the claimed tool.
Фиг. 3а и фиг. 3b - виды в разрезе двух инструментов, которые выполнены в соответствии с изобретением и каждый из которых включает в себя оптический компонент, показанный на фиг. 2.Fig. 3a and fig. 3b are sectional views of two instruments which are made in accordance with the invention, each including the optical component shown in FIG. 2.
Фиг. 4 - детальный вид в разрезе части инструментов, показанных на фиг. 3а и 3b.Fig. 4 is a detailed sectional view of part of the tools shown in FIG. 3a and 3b.
Для большей ясности размеры элементов, показанных на фигурах, не соответствуют ни реальным размерам, ни реальным соотношениям размеров. Кроме того, одинаковыми позициями на разных фигурах обозначены идентичные элементы или элементы, имеющие идентичные функции. For the sake of clarity, the dimensions of the elements shown in the figures correspond neither to actual dimensions nor to actual ratios of dimensions. In addition, the same positions in different figures indicate identical elements or elements having identical functions.
Показанный на фиг. 1а и 1b и используемый в рамках изобретения оптический компонент 1 может быть выполнен из германия, чтобы быть прозрачным для электромагнитного излучения с длиной волны, составляющей от 2 мкм до 14 мкм. Компонент 1 имеет две противоположные стороны, которые могут быть соединены периферической рамкой 2. Например, компонент 1, показанный на фиг. 1а и на фиг. 1b, имеет квадратный контур. Первая сторона компонента 1, непосредственно показанная на фиг. 1а, образована преломляющей поверхностью S1, которая может быть, например, сферической или асферической. Оптическая ось преломляющей поверхности S1 обозначена А1. Вторая сторона компонента 1, непосредственно показанная на фиг. 1b, образована четырьмя преломляющими поверхностями S2, которые расположены рядом друг с другом в виде матрицы 2 × 2 и каждая из которых может быть, например, сферической или асферической. Соответствующая оптическая ось каждой преломляющей поверхности S2 обозначена А2. Каждая оптическая ось А2 может проходить параллельно оптической оси А1 и смещена относительно последней. Когда каждая преломляющая поверхность S1 и S2 является также участком сферы с центром сферы, находящимся на соответствующей оптической оси А1 или А2, то каждая преломляющая поверхность S2 имеет среднюю плоскость, которая не является параллельной относительно средней плоскости указанного участка преломляющей поверхности S1, через который проходит тот же пучок излучения, что и через эту поверхность S2. По этой причине каждая преломляющая поверхность S2 и соответствующий участок преломляющей поверхности S1 проявляют вместе силу призматического отклонения для проходящего через них пучка излучения. Такая сила призматического отклонения является результатом отличающихся друг от друга наклонов двух преломляющих поверхностей. Для показанного компонента 1 преломляющая поверхность S1 является вогнутой и по существу сферической, а каждая преломляющая поверхность S2 является выпуклой и по существу сферической. При этом призматическое отклонение каждого оптического канала, образованного одной из преломляющих поверхностей S2 с соответствующим участком преломляющей поверхности S1, приводит к отдалению среднего направления пучка излучения с плоскими волнами, падающего параллельно этой оптической оси, от оптической оси А2 преломляющей поверхности S2.Shown in FIG. 1a and 1b and the
Если преломляющая поверхность S1 и одна из преломляющих поверхностей S2 имеют одинаковую кривизну для компонента 1, показанного на фиг. 1а и 1b, то схождение или расхождение пучка излучения не меняется, когда он проходит через эти две поверхности. Если же, наоборот, преломляющая поверхность S1 и преломляющая поверхность S2 имеют разную кривизну, то схождение или расхождение пучка излучения меняется, когда он проходит через обе поверхности. Иначе говоря, оптический канал, образованный этими двумя преломляющими поверхностями, имеет оптическую силу ненулевого значения. В частности, оптическая сила каждого оптического канала компонента 1 является положительной и соответствует эффекту собирающей линзы, когда радиус кривизны соответствующей преломляющей поверхности S2 меньше, чем радиус кривизны преломляющей поверхности S1, причем эти радиусы рассматриваются по абсолютной величине.If the refractive surface S 1 and one of the refractive surfaces S 2 have the same curvature for
В варианте выполнения, показанном на фиг. 2, компонент 1 содержит круглую рамку 2 за пределами прямолинейного сегмента В края. Каждая из преломляющих поверхностей S1 и S2 имеет круговую периферическую границу. Кроме того, преломляющие поверхности S2 имеют отличающиеся положения в направлениях х и у по отношению к преломляющей поверхности S1: две преломляющие поверхности S2, соседние в направлении у, касаются друг друга, а две преломляющие поверхности S2, соседние в направлении х, отстоят друг от друга, при этом все преломляющие поверхности S2 симметрично распределены по отношению к оптической оси А1.In the embodiment shown in FIG. 2,
В качестве примера можно указать следующие возможные размеры:As an example, the following possible sizes can be specified:
- наружный радиус R0 рамки 2 параллельно плоскости х-у: около 8,4 мм;- outer radius R 0 frame 2 parallel to the x-y plane: about 8.4 mm;
- радиус R1 периферической границы преломляющей поверхности S1 параллельно плоскости х-у: около 6,75 мм;- radius R 1 of the peripheral boundary of the refractive surface S 1 parallel to the x-y plane: about 6.75 mm;
- радиус R2 периферической границы каждой преломляющей поверхности S2 параллельно плоскости х-у: около 2,5 мм;- radius R 2 of the peripheral boundary of each refractive surface S 2 parallel to the x-y plane: about 2.5 mm;
- расстояние D между оптическими осями А2 двух преломляющих поверхностей S2, соседних в направлении х: около 6,25 мм;- distance D between the optical axes A 2 of two refractive surfaces S 2 adjacent in the x direction: about 6.25 mm;
- расстояние между оптическими осями А2 двух преломляющих поверхностей S2, соседних в направлении у: около 5,0 мм;- the distance between the optical axes A 2 of two refractive surfaces S 2 adjacent in the y direction: about 5.0 mm;
- радиус кривизны преломляющей поверхности S2, которая предположительно является почти сферической и вогнутой: около 160 мм;- radius of curvature of the refractive surface S 2 , which is supposed to be almost spherical and concave: about 160 mm;
- радиус кривизны каждой преломляющей поверхности S2, которая предположительно является почти сферической и выпуклой: около 83 мм;- radius of curvature of each refractive surface S 2 , which is assumed to be almost spherical and convex: about 83 mm;
- толщина компонента 1, измеренная параллельно оптической оси А1 между контуром преломляющей поверхности S1 и центром каждой преломляющей поверхности S2: около 0,50 мм; и- thickness of the
- расстояние W между прямолинейным сегментом В края и оптической осью А1: около 5,95 мм.- distance W between straight edge segment B and optical axis A 1 : about 5.95 mm.
На основании этих размеров специалист в данной области техники может определить значения силы призматического отклонения и оптической силы каждого оптического канала компонента 1 либо посредством приблизительного вычисления, либо при помощи метода построения пути световых пучков. Эти значения не равны нулю при вышеуказанных конкретных размерах.Based on these dimensions, one skilled in the art can determine the prismatic deflection strength and power of each optical channel of
Как показано на фиг. 3а, оптический инструмент 100 содержит модуль 10 детектирования и объектив 20, соединенные друг с другом при помощи не показанных средств, например, при помощи монтажных колец или любого другого соединительного устройства.As shown in FIG. 3a, the
Объектив 20 может быть моделью с большим полем зрения типа ретрофокусного объектива с фокусным расстоянием 39,5 мм, показанной на фиг. 3а. Вместе с тем, объектив 20 может быть взаимозаменяемым для других моделей, например, объективом 20’ с небольшим полем зрения для повторной съемки с фокусным расстоянием 158 мм, показанным на фиг. 3b. Специалист в данной области техники может определить цифровые данные линз 21, 22 и 23 объектива 20, показанного на фиг. 3а, или линз 21’-26’ объектива 20', показанного на фиг. 3b, и даже для линз любой другой модели объектива, предназначенного для использования альтернативно с модулем 10 детектирования. Е20 обозначает оптический вход объектива 20 или 20’.The
Модуль 10 детектирования, показанный на фиг. 3а и 3b, содержит по направлению распространения излучения, проходящего через объектив 20 или 20’: окно 11, широкополосный спектральный фильтр 12, оптический компонент 1, показанный на фиг. 2, узкополосные спектральные фильтры 13а, 13b,… и матричный фотодетектор 14. Модуль 10 детектирования и каждый объектив 20 или 20’ выполнены таким образом, чтобы, когда они соединены вместе в рабочем состоянии инструмента 100, оптический компонент 1 находился в выходном зрачке объектива 20 или 20’. Кроме того, линзы 21-23 объектива 20 или линзы 21’-26’ объектива 20’ имеют соответствующие оптические оси, совпадающие с оптической осью А1 преломляющей поверхности S1 оптического компонента 1, которая предпочтительно проходит через геометрический центр фоточувствительной поверхности матричного фотодетектора 14.The
Внутри модуля 10 детектирования оптический компонент 1 может быть расположен таким образом, чтобы его преломляющая поверхность S1 была обращена к объективу 20 или 20’, а преломляющие поверхности S2 определяют оптические каналы инструмента 100. Линзы 21-23 объектива 20 или линзы 21’-26’ объектива 20’, окно 11, широкополосный спектральный фильтр 12 и матричный фотодетектор 14 являются общими для четырех оптических каналов. Фоточувствительная поверхность матричного фотодетектора 14 является перпендикулярной к оптической оси А1 и находится примерно на 21,5 мм сзади оптического компонента 1 таким образом, что участок 14а фоточувствительной поверхности матричного фотодетектора 14 выделен для оптического канала 1а, а другой участок 14b его фоточувствительной поверхности, отделенный от участка 14а, выделен для оптического канала 1b. Еще два участка фоточувствительной поверхности матричного фотодетектора 14, отделенные друг от друга и от участков 14а и 14b, выделены для двух других оптических каналов (не показаны). Фильтр 13а располагают выборочно на оптическом канале 1а, фильтр 13b на оптическом канале 1b, и два других узкополосных спектральных фильтра (не показаны) - на двух других оптических каналах, по одному на каждый оптический канал. Узкополосные спектральные фильтры 13а, 13b,… предпочтительно могут быть объединены в виде матрицы 2 × 2 внутри единого жесткого компонента, который можно легко установить в модуль 10 детектирования. В частности, фильтры 13а, 13b,… могут быть либо закреплены индивидуально в общей оправе, либо могут быть соединены встык склеиванием, образуя общую пластинку, либо могут быть выполнены посредством фотолитографии и нанесения тонких слоев на пластинку, которая служит общей подложкой для этих фильтров. Например, каждый спектральный фильтр 13а, 13b,… может иметь толщину около 0,5 мм. В альтернативных вариантах выполнения, которые можно предусмотреть в зависимости от применения инструмента 100, каждый спектральный фильтр 13а, 13b,… может быть неподвижно соединен с компонентом 1, будучи расположенным на одной из его преломляющих поверхностей S2.Inside the
Таким образом, четыре оптических канала 1а, 1b,… формируют одновременно соответствующие изображения одного и того же контента поля зрения инструмента 100 на соответствующих участках 14а, 14b,… фоточувствительной поверхности матричного фотодетектора 14. Эти изображения, которые вместе образуют многоспектральное изображение с четырьмя спектральными составляющими, по одной на каждый оптический канал, снимаются одновременно во время одного цикла работы матричного фотодетектора 1. Благодаря использованию оптического компонента 1, все четыре изображения одновременно являются четкими. С цифровыми значениями, которые были указаны со ссылками на фиг. 2, инструмент 100 имеет общее значение фокусного расстояния в 25 мм, когда используют объектив 20 ретрофокусного типа с большим полем зрения с фокусным расстоянием 39,5 мм, и общее значение фокусного расстояния в 100 мм, когда используют объектив 20’ для повторной съемки с небольшим полем зрения с фокусным расстоянием 158 мм. Расстояние между задней стороной окна 11 и фоточувствительной поверхностью 14 равно около 26,37 мм. Форму преломляющих поверхностей S2 оптического компонента 1 можно доводить по-разному между разными оптическими каналами в зависимости от узкой спектральной полосы фильтра 13а, 13b,… этого оптического канала. В частности, эта дополнительная доводка может позволить компенсировать изменения значений показателей преломления материалов линз 21-23 или 21’-26’ и компонента 1 в зависимости от длины волны излучения. Кроме того, на каждой из фиг. 3а и 3b показан пучок излучения с плоской волной, который проникает в инструмент 100 через оптический вход Е20 и который фокусируется одновременно на участках 14а, 14b,… фотодетектора 14.Thus, the four
Такой инструмент 100 может быть выполнен с возможностью работать в одной из видимых спектральных областей, а именно в ближней инфракрасной области, известной под аббревиатурой NIR, или в области SWIR. В этих случаях может понадобиться охлаждение для модуля 10 детектирования.Such an
В альтернативном варианте инструмент 100 может быть выполнен с возможностью работать в одной из видимых спектральных областей, обозначаемых MWIR или LWIR (длинноволновая область спектра инфракрасного излучения). В этих других случаях может понадобиться система охлаждения модуля 10 детектирования. На фиг. 4 показана возможная конфигурация такого модуля 10 детектирования, предназначенного для охлаждения. Матричный фотодетектор 14 закреплен, например, при помощи клея, на опоре 16, обычно называемой холодным столом или холодным держателем на профессиональном языке специалиста в данной области техники, чтобы обеспечивать хороший термический контакт между фотодетектором 14 и опорой 16. Опора 16 выполнена из теплопроводного материала и связана с холодильной машиной (не показана). Боковая стенка 17 окружает оптическую часть модуля 10 детектирования, то есть компонент 1, спектральные фильтры, в частности, фильтры 13а, 13b,…, выделенные индивидуально для каждого оптического канала 1а, 1b,…, и другие необязательные компоненты модуля 10, такие как диафрагмы, маски, разделительные стенки между оптическими каналами и т.д. Задний конец боковой стенки 17 входит в термический контакт с холодным столом 16 для своего охлаждения одновременно с последним. По этой причине боковую стенку 17 часто называют холодным экраном. Кром того, описанный выше и предназначенный для охлаждения узел может находиться в вакуумной камере, которая образует криостат. Боковая стенка 18 криостата не входит в термический контакт с описанными выше частями, предназначенным для охлаждения, и герметично закрыта окном 11 со стороны объектива 20. Окно 11 выполнено из материала, прозрачного для рабочей спектральной области инструмента 100.Alternatively,
Чтобы уменьшить паразитное излучение и/или паразитные изображения, которые могут снизить качество изображений, формируемых при помощи оптических каналов 1а, 1b,… на фотодетекторе 14, модуль 10 детектирования может дополнительно содержать по меньшей мере один из следующих дополнительных элементов:In order to reduce spurious radiation and/or spurious images that can reduce the quality of the images generated by the
- ограничитель 15 углового поля, который можно установить непосредственно на входе оптического компонента 1 по направлению излучения в инструменте 100. Такой ограничитель углового поля может иметь форму сегмента трубки или усеченного конуса, который является коаксиальным с оптической осью А1. В случае необходимости, он может быть продолжен холодным экраном17 на входе оптического компонента 1;- an
- маску 15’ с отверстиями, например, между оптическим компонентом 1 и узкополосными спектральными фильтрами 13а, 13b,…, для закрывания частей оптического компонента 1, которые являются промежуточными между двумя соседними преломляющими поверхностями S2, и возможно также открытой части рамки 2. Учитывая, что оптический компонент 1 находится в выходном зрачке объектива 20 или 20’, и если маска 15’ с отверстиями находится близко к оптическому компоненту 1, каждое из ее отверстий ограничивает зрачок соответствующего оптического канала инструмента 100; и- a mask 15' with holes, for example, between the
- матрицу разделительных стенок 19, в которой каждая стенка 19 расположена в продольном направлении между оптическим компонентом 1 и матричным фотодетектором 14 или между узкополосными спектральными фильтрами 13а, 13b,…, с одной стороны, и фотодетектором 14, с другой стороны, с одной разделительной стенкой между двумя оптическими каналами 1а, 1b,…, которые являются соседними в любом из направлений матрицы вторых преломляющих поверхностей S2 оптического компонента 1.- a matrix of dividing
Подразумевается, что изобретение можно воспроизвести, адаптируя его второстепенные признаки к подробно описанным выше вариантам выполнения. В частности, число преломляющих поверхностей S2 и все приведенные выше цифровые значения были указаны лишь в качестве иллюстрации.It is contemplated that the invention can be reproduced by adapting its minor features to the embodiments detailed above. In particular, the number of refractive surfaces S 2 and all the above numerical values were given only as an illustration.
Наконец, воспроизводить изобретение могут другие оптические инструменты, отличные от устройства получения многоспектральных изображений, описанного со ссылками на фиг. 3а, 3b и фиг. 4. В частности, такой другой инструмент можно использовать в многоканальном спектрометре. Например, каждый из оптических каналов спектрометра, образованный заявленным оптическим компонентом 1, может быть предназначен для соответствующего спектрального интервала с целью направления излучения этого спектрального интервала в дифракционную решетку, адаптированную для этого интервала.Finally, other optical instruments other than the multispectral imaging device described with reference to FIGS. 3a, 3b and fig. 4. In particular, such another instrument can be used in a multichannel spectrometer. For example, each of the optical channels of the spectrometer, formed by the claimed
Изобретение можно также использовать для системы получения трехмерных изображений. Такая система может иметь структуру, подобную структуре инструмента, показанного на фиг. 3а или на фиг. 3b, но без необходимости применения узкополосных спектральных фильтров 13а, 13b,… для функции получения трехмерных изображений. Кроме того, инструмент предусмотрен для снимаемых элементов сцены, которые находятся в ограниченном интервале расстояний между элементами перед объективом. Все оптические каналы собирают при этом одновременно световые лучи, исходящие от одного и того же элемента сцены, содержащегося во входном оптическом поле инструмента. Однако зрачки, которые являются эффективными для разных оптических каналов инструмента, смещены между собой в поперечном направлении. По этой причине изображения одного и того же элемента сцены, которые формируются соответственно при помощи оптических каналов, находятся, каждое, внутри участка фоточувствительной поверхности фотодетектора, который соответствует рассматриваемому оптическому каналу, в месте этого участка фоточувствительной поверхности, которое зависит от расстояния до элемента сцены. Сравнивая соответствующие положения этих изображений, формируемых при помощи всех оптических каналов, можно получить оценку расстояния до элемента сцены относительно инструмента. Работа системы получения трехмерных изображений, которую обеспечивает заявленный инструмент, представляет собой стереоскопическую съемку изображений.The invention can also be used for a 3D imaging system. Such a system may have a structure similar to that of the tool shown in FIG. 3a or in Fig. 3b, but without the need for the narrow band
Claims (22)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1873292 | 2018-12-19 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021120853A RU2021120853A (en) | 2023-01-20 |
RU2800795C2 true RU2800795C2 (en) | 2023-07-28 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001079916A1 (en) * | 2000-04-19 | 2001-10-25 | Hit Design Ltd. | Micro-lens array and image display unit and telescope using it |
US6683691B2 (en) * | 2000-06-09 | 2004-01-27 | Max-Born-Institut | Method and arrangement for spatially resolved and time-resolved interferometric characterization of ultrashort laser pulses |
FR2984489A1 (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-21 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | TWO-WAVE INTERFEROMETRIC BLADE COMPRISING A FULL PARTIALLY RESONANT CAVITY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001079916A1 (en) * | 2000-04-19 | 2001-10-25 | Hit Design Ltd. | Micro-lens array and image display unit and telescope using it |
US6683691B2 (en) * | 2000-06-09 | 2004-01-27 | Max-Born-Institut | Method and arrangement for spatially resolved and time-resolved interferometric characterization of ultrashort laser pulses |
FR2984489A1 (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-21 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | TWO-WAVE INTERFEROMETRIC BLADE COMPRISING A FULL PARTIALLY RESONANT CAVITY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7764440B2 (en) | Dual focal length lens system | |
US7515345B2 (en) | Compact objective lens assembly | |
KR100258710B1 (en) | Solid catadioptric lens | |
US5748365A (en) | Catadioptric one-to-one telecentric image combining system | |
US20150021480A1 (en) | Visible-infrared plane grating imaging spectrometer | |
US9316541B2 (en) | Imaging system comprising a Fresnel lens | |
IL154230A (en) | Planar diffractive relay | |
US20130141634A1 (en) | Imaging device | |
US10007098B2 (en) | Optical systems and methods | |
US20120013706A1 (en) | Infrared wide field imaging system integrated in a vacuum housing | |
CN114360364A (en) | Multispectral imaging module and portable display device | |
CN101180564A (en) | Dichroic beam splitter and related apparatus and methods | |
US11287635B2 (en) | Multi-channel folded optical system | |
RU2800795C2 (en) | Instrument with multiple optical channels | |
JP7367026B2 (en) | Instruments with multiple optical channels | |
US6783246B2 (en) | Ghost image prevention element for imaging optical system | |
CN114460727B (en) | Long-focus miniaturized medium wave refrigerating infrared continuous zooming optical system | |
Moreno-Ventas et al. | ALTIUS instrument: a study of scattering effects | |
KR20210118821A (en) | Multi-Channel Proximity Imaging Device | |
RU2355003C1 (en) | Optical system for generating image of object in two fields of vision | |
RU207727U1 (en) | Mirrored lens for small space telescope | |
RU2745096C1 (en) | Two-channel optoelectronic system | |
RU2281536C1 (en) | Infrared lens with remote entrance pupil | |
WO2021147097A1 (en) | Camera module | |
JP5557144B2 (en) | Optical instruments |