RU2815391C1 - Двухканальная зеркально-линзовая система - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в многоканальных оптико-электронных системах, предназначенных для обнаружения и распознавания объектов наблюдения в видимой и инфракрасной областях спектра. Двухканальная зеркально-линзовая система состоит из расположенных по ходу лучей главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием, спектроделителя, выполненного в виде вогнуто-выпуклой асферической линзы с дихроичным покрытием на выпуклой поверхности, первого канала, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу, вторую положительную выпукло-вогнутую асферическую линзу, третью отрицательную выпукло-вогнутую линзу, четвертую положительную выпукло-вогнутую линзу и приемник излучения инфракрасного диапазона спектра, второго канала, содержащего первую вогнуто-выпуклую асферическую линзу, вторую положительную вогнуто-выпуклую линзу, третью отрицательную вогнуто-выпуклую асферическую линзу, четвертую отрицательную выпукло-вогнутую линзу, пятую положительную вогнуто-выпуклую линзу и приемник излучения, например, видимого диапазона спектра. Спектроделитель установлен в сходящемся пучке после главного зеркала и одновременно выполняет функции вторичного зеркала первого канала и первой линзы второго канала. Дополнительно показан оптический фильтр. За счет конструктивного выполнения спектроделителя и линзовых элементов первого и второго каналов достигается уменьшение длины оптической схемы каналов, что позволяет улучшить массогабаритные характеристики двухканальной зеркально-линзовой системы. 1 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в многоканальных оптико-электронных системах, предназначенных для обнаружения и распознавания объектов наблюдения в видимой и инфракрасной областях спектра.

Известна зеркально-линзовая система (см. патент RU 2089930, МПК G02B 17/08, опубл. 10.09.1997 г.), содержащая первый оптический канал, включающий линзу Манжена, на первую преломляющую поверхность которой нанесено дихроичное покрытие, спектроделитель, и трехлинзовый компенсатор и второй оптический канал, включающий линзу Манжена, афокальную насадку из трех линз, поворотное зеркало, сканирующий отражатель и объектив. Спектроделитель выполнен в виде вогнуто-плоской линзы с дихроичным покрытием на плоской поверхности и выполняет функцию контротражателя первого канала и первой линзы афокальной насадки второго канала. Система предназначена для работы в двух спектральных диапазонах: 0,4…0,9 и 8…14 мкм.

Недостатками этой системы являются потери излучения при прохождении через линзу Манжена и большие габаритные размеры.

Также известна мультиспектральная система визуализации с общей апертурой (см. патент CN 202024818, МПК G02B 27/10, G02B 17/08, G02B 1/10, опубл. 02.11.2011 г.), содержащая главное вогнутое зеркало, спектроделитель, первый канал с оптической системой и приемником излучения, и второй канал с оптической системой и приемником изучения. Спектроделитель выполнен в виде вогнуто-выпуклой линзы с дихроичным покрытием на выпуклой поверхности и служит вторичным зеркалом первого канала и первой линзой оптической системы второго канала. В первом канале система предназначена для работы в спектральном диапазоне 0,4…1 мкм, во втором канале - в двух инфракрасных диапазонах: 3…5 и 8…12 мкм.

Недостатком этой системы являются большие габаритные размеры, уменьшение которых обеспечивается наличием трех поворотных зеркал, усложняющих юстировку оптической системы.

Также известна двухканальная зеркально-линзовая система, представленная в патенте на изобретение RU 2672703, МПК G02B 17/08, G02B 23/04, опубл. 19.11.2018 г. Система состоит из тепловизионного канала, содержащего первый компонент в виде главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием и вторичного выпуклого асферического зеркала, второй компонент, выполненный в виде положительных выпукло-вогнутой и вогнуто-выпуклой линз, отрицательной вогнуто-выпуклой линзы и положительной выпукло-вогнутой линзы, между которыми формируется промежуточное изображение, и приемник излучения, и телевизионного канала, расположенного в зоне центрального экранирования тепловизионного канала и имеющего с ним общую оптическую ось, содержащего положительную вогнуто-выпуклую линзу с отражающим покрытием в центральной зоне выпуклой поверхности, главное вогнутое асферическое зеркало и приемник излучения. В тепловизионном канале фокусное расстояние системы f=304 мм, относительное отверстие 1:2, коэффициент центрального экранирования k_эк=0,3. В телевизионном канале фокусное расстояние f=112 мм, относительное отверстие 1:4, коэффициент центрального экранирования k_эк=0,4.

К недостаткам этой системы можно отнести небольшое фокусное расстояние и невысокое относительное отверстие телевизионного канала.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, выбранной в качестве прототипа, является двухдиапазонная инфракрасная оптическая система для средних и коротких длин волн с большой апертурой (см. патент CN 102385158, МПК G02B 27/00, G02B 17/02, G02B 1/00, G02B 1/02, опубл. 21.03.2012 г.). Система содержит главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое асферическое зеркало, оптический фильтр, спектроделитель, первую группу корректирующих линз, первое фотоприемное устройство, вторую группу корректирующих линз и второе фотоприемное устройство. Спектроделитель выполненный в виде плоского зеркала с дихроичным покрытием, установленного под углом к оптической оси в сходящемся пучке лучей после вторичного зеркала и разделяющего поток излучения на два канала, отражая коротковолновое излучение и пропуская средневолновое излучение инфракрасного диапазона. Первая корректирующая группа содержит первую и третью отрицательные вогнуто-выпуклые линзы, вторую двояковыпуклую и четвертую положительную выпукло-вогнутую линзы. Вторая корректирующая группа содержит первую и третью двояковыпуклые линзы, вторую отрицательную выпукло-вогнутую, четвертую двояковогнутую и пятую положительную выпукло-вогнутую линзы. Спектральный диапазон работы первого канала 3…5 мкм, второго - 1…3 мкм. Фокусное расстояние системы в обоих каналах f=440 мм; относительное отверстие 1:1,46; диаметр входного зрачка D=300 мм; коэффициент центрального экранирования k_эк=0,5; угловое поле зрения 2ω=1,6°. Длина системы в первом канале L_I=525,2 мм; во втором канале L_II=564,1 мм. В качестве материалов линз в первом канале используются германий и кремний, во втором канале - сульфид цинка, кварц, селенид цинка и кремний.

Недостатком прототипа является большая длина оптической системы первого и второго каналов, увеличивающая габаритные размеры и массу. Кроме того, большой коэффициент центрального экранирования снижает эффективное относительное отверстие.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение массогабаритных характеристик двухканальной зеркально-линзовой системы за счет уменьшения длины оптической схемы первого и второго каналов.

Поставленная задача решается за счет того, что в двухканальной зеркально-линзовой системе, состоящей из расположенных по ходу лучей главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием, спектроделителя с дихроичным покрытием, установленного в сходящемся пучке лучей, первого канала, содержащего первую линзу, вторую положительную линзу, третью отрицательную линзу, четвертую положительную выпукло-вогнутую линзу и приемник излучения, второго канала, содержащего первую, вторую и третью линзы, четвертую отрицательную линзу, пятую положительную линзу и приемник излучения, согласно изобретению спектроделитель установлен после главного зеркала, выполнен в виде вогнуто-выпуклой асферической линзы с дихроичным покрытием на выпуклой поверхности и одновременно выполняет функции вторичного зеркала первого канала и первой линзы второго канала, в первом канале первая линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, вторая - выпукло-вогнутой асферической, третья - выпукло-вогнутой, во втором канале вторая линза выполнена положительной вогнуто-выпуклой, третья - отрицательной вогнуто-выпуклой асферической, четвертая - выпукло-вогнутой, пятая вогнуто-выпуклой.

На фигуре 1 представлена оптическая схема двухканальной зеркально-линзовой системы с ходом лучей.

Двухканальная зеркально-линзовая система состоит из расположенных по ходу лучей главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием 1, спектроделителя 2, установленного в сходящемся пучке лучей после главного зеркала 1 и выполненного в виде вогнуто-выпуклой асферической линзы с дихроичным покрытием на выпуклой поверхности, первого канала I, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу 3, вторую положительную выпукло-вогнутую асферическую линзу 4, третью отрицательную выпукло-вогнутую линзу 5, четвертую положительную выпукло-вогнутую линзу 6 и приемник излучения инфракрасного диапазона спектра 7, второго канала II, содержащего спектроделитель 2, выполняющий функцию первой линзы второго канала II, вторую положительную вогнуто-выпуклую линзу 8, третью отрицательную вогнуто-выпуклую асферическую линзу 9, четвертую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 10, пятую положительную вогнуто-выпуклую линзу 11 и приемник излучения 12, например, видимого диапазона спектра. В первом канале I выпуклая поверхность спектроделителя 2 выполняет функцию вторичного зеркала. Дополнительно показан оптический фильтр 13.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемой двухканальной зеркально-линзовой системы.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры конкретного примера исполнения заявляемой системы.

Входной зрачок системы совпадает с поверхность главного зеркала поз. 1.

Как следует из таблицы 1, длина оптической схемы первого канала заявляемой системы L_I=274 мм (см. фиг. 1), что меньше по сравнению с прототипом в 1,9 раза. Во втором канале при фокусном расстоянии f=280,2 мм длина оптической схемы L_II=241,7 мм; после масштабирования до фокусного расстояния прототипа f=440 мм длина оптической схемы L_II составляет 379,8 мм, что меньше по сравнению с прототипом в 1,5 раза.

Уменьшение длины оптической схемы каналов достигается выбором конструктивного выполнения спектроделителя и линзовых элементов первого и второго каналов.

Двухканальная зеркально-линзовая система работает следующим образом. Излучение от бесконечно удаленного объекта попадает на вогнутую поверхность главного зеркала 1, отражается от него и попадает на выпуклую поверхность спектроделителя 2. В первом канале I излучение среднего инфракрасного диапазона спектра отражается от выпуклой поверхности спектроделителя 2 и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем линзами 3-6 первого канала I переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 7. Во втором канале II излучение видимого диапазона спектра проходит через спектроделитель 2, выполняющий функцию первой линзы второго канала II, линзы 8-11 и фокусируется в плоскости чувствительных элементов приемника излучения 12. Линзы 3-6 в первом канале I и линзы 8-11 во втором канале II обеспечивают исправление полевых аберраций оптической системы.

Таким образом, выполнение двухканальной зеркально-линзовой системы в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет улучшить ее массогабаритные характеристики за счет уменьшения длины оптической схемы первого и второго каналов.

Claims (1)

1. Двухканальная зеркально-линзовая система, состоящая из расположенных по ходу лучей главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием, спектроделителя с дихроичным покрытием, установленного в сходящемся пучке лучей, первого канала, содержащего первую линзу, вторую положительную линзу, третью отрицательную линзу, четвертую положительную выпукло-вогнутую линзу и приемник излучения, второго канала, содержащего первую, вторую и третью линзы, четвертую отрицательную линзу, пятую положительную линзу и приемник излучения, отличающаяся тем, что спектроделитель установлен после главного зеркала, выполнен в виде вогнуто-выпуклой асферической линзы с дихроичным покрытием на выпуклой поверхности и одновременно выполняет функции вторичного зеркала первого канала и первой линзы второго канала, в первом канале первая линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, вторая - выпукло-вогнутой асферической, третья - выпукло-вогнутой, во втором канале вторая линза выполнена положительной вогнуто-выпуклой, третья - отрицательной вогнуто-выпуклой асферической, четвертая - выпукло-вогнутой, пятая вогнуто-выпуклой.