двухканальный зеркально-линзовый объектив (варианты)

Формула изобретения

1. Двухканальный зеркально-линзовый объектив, содержащий зеркально-линзовый канал прибора ночного видения (ПНВ) с электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) и линзовый тепловизионный (ТП) канал, расположенный в зоне центрального экранирования зеркально-линзового канала ПНВ с ЭОП, имеющие общую визирную ось, при этом зеркально-линзовый канал выполнен в виде четырех компонентов, первый из которых по ходу лучей имеет вырезанную центральную зону, на второй поверхности второго компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй поверхности и вырезанную центральную зону, а линзовый ТП канал выполнен в виде двух компонентов, разнесенных вдоль оптической оси на значительное расстояние, между которыми установлено поворотное зеркало, при этом все линзы компонентов имеют форму менисков, обращенных вогнутыми поверхностями к плоскости изображений, первый компонент линзового ТП канала установлен в отверстии первого компонента зеркально-линзового канала, поворотное зеркало установлено между первым и вторым компонентами зеркально-линзового канала, отличающийся тем, что первый компонент зеркально-линзового канала выполнен в виде плоскопараллельной пластинки, второй компонент зеркально-линзового канала выполнен в виде выпукло-плоской линзы, четвертый компонент зеркально-линзового канала выполнен из трех одиночных линз в форме менисков, при этом первый и второй мениски обращены к плоскости изображений своими вогнутыми поверхностями, третий мениск - выпуклыми, при этом первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового канала выполнены из стекла одной марки с показателем преломления не более 1,52, второй компонент линзового канала выполнен в виде одиночного мениска, при этом имеют место следующие соотношения:

L_зл 1,3f’_зл, 3,5f’_зл f’_2зл 4,5f’_зл, 1,5f’_зл | f’_3зл| 1,9f’_зл, 0,75f’_зл f’_4зл 0,85f’_зл,

L_л 1,5f’_л, 1,6f’_л f’_10л 1,8f’_л, 0,9f’_л f’_11л 1,1f’_л, 0,8f’_л d_10,11л 0,9f'_л,

где L_зл, L_л - длина вдоль оптической оси от первой поверхности до плоскости изображений соответственно зеркально-линзового и линзового ТП каналов;

f’_зл, f_2зл, f’_3зл, f’_4зл - фокусные расстояния зеркально-линзового канала и его второго, третьего и четвертого компонентов, соответственно;

f'_л - фокусное расстояние линзового ТП канала;

f’_10л - фокусное расстояние первого компонента линзового ТП канала;

f'_11л - фокусное расстояние второго компонента линзового ТП канала;

d_10,11л - расстояние вдоль оптической оси между первым и вторым компонентами линзового ТП канала.

2. Двухканальный зеркально-линзовый объектив, содержащий зеркально-линзовый канал прибора ночного видения (ПНВ) с электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) и линзовый тепловизионный (ТП) канал, расположенный в зоне центрального экранирования зеркально-линзового канала ПНВ с ЭОП, имеющие общую визирную ось, при этом зеркально-линзовый канал выполнен в виде четырех компонентов, первый из которых по ходу лучей имеет вырезанную центральную зону, на второй поверхности второго компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй поверхности и вырезанную центральную зону, а линзовый ТП канал выполнен в виде двух компонентов, разнесенных вдоль оптической оси на значительное расстояние, между которыми установлено поворотное зеркало, при этом все линзы компонентов имеют форму менисков, обращенных вогнутыми поверхностями к плоскости изображений, первый компонент линзового ТП канала установлен в отверстии первого компонента зеркально-линзового канала, поворотное зеркало установлено между первым и вторым компонентами зеркально-линзового канала, отличающийся тем, что первый компонент зеркально-линзового канала выполнен в виде плоскопараллельной пластинки, второй компонент зеркально-линзового канала выполнен в виде выпукло-плоской линзы, четвертый компонент зеркально-линзового канала выполнен из трех одиночных линз в форме менисков, при этом первый и второй мениски обращены к плоскости изображений своими вогнутыми поверхностями, третий мениск - выпуклыми, при этом первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового канала выполнены из стекла одной марки с показателем преломления не более 1,52, первый компонент линзового ТП канала выполнен в виде одиночного мениска, а первый мениск второго компонента обращен вогнутыми поверхностями к пространству предметов, при этом имеют место следующие соотношения:

L_зл 1,3f’_зл, 3,5f’_зл f’_2зл 4,5f’_зл, 1,5f’_зл | f’_3зл| 1,9f’_зл, 0,75f’_зл f’_4зл 0,85f’_зл,

L_л 1,7f’_л, 1,4f’_л f’_15л 1,6f’_л, 0,3f’_л f’_16л 0,4f’_л, 0,4f’_л f’_18л 0,45f'_л,

1,2f’_16л d_17,18л 1,3f’_16л,

где L_зл, L _л - длина вдоль оптической оси от первой поверхности до плоскости изображений соответственно зеркально-линзового и линзового ТП каналов;

f’_зл, f_2зл, f’_3зл , f’_4зл - фокусные расстояния зеркально-линзового канала и его второго, третьего и четвертого компонентов, соответственно;

f’_15л - фокусное расстояние первого компонента линзового ТП канала;

f'_16л - фокусное расстояние второго компонента линзового ТП канала;

f'_18л - фокусное расстояние второго мениска второго компонента линзового ТП канала;

d_17,18л - расстояние вдоль оптической оси между менисками второго компонента линзового ТП канала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам многоканальных систем, и может быть использовано для работы в двухканальных приборах ночного видения (ПНВ), имеющих один канал для работы совместно с электронно-оптическими преобразователями (ЭОП), а второй - с матричными инфракрасными (ИК) фотоприемными устройствами (ФПУ), для решения задач обнаружения и опознавания объектов наблюдения при пониженной освещенности. Предлагаемый двухканальный объектив может быть использован как в пассивных, так и в активно-импульсных двухканальных ПНВ.

Известна двухканальная система [РФ №94013373, 1995, Бюл.№35. Совмещенный объектив], в которой центральная часть зрачка используется для прохождения излучения видимого диапазона, а кольцевая часть зрачка - для прохождения ИК излучения. Однако конструкция этого устройства в силу того, что каждый из каналов содержит всего по две линзы, принципиально не может обеспечить высокие относительное отверстие и разрешающую способность каналов. Кроме того, судя по тексту описания и чертежу в нем, хотя устройство и названо “совмещенным объективом”, оно не формирует изображение на конечном расстоянии, а является, по сути, афокальной системой, после которой для получения изображений в видимых и инфракрасных лучах в каждом канале необходимо располагать два дополнительных объектива.

Известны двух- (и более) канальные объективы, обеспечивающие формирование изображения объекта по нескольким каналам, имеющим общую визирную ось, в том числе: канал ПНВ с ЭОП и тепловизионный (ТП) канал [Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. - М.: ООО Недра-Бизнесцентр. 1999, с.262-280]. Объективы различаются по своим конструктивным схемам, оптическим характеристикам, массогабаритным параметрам. Основным недостатком этих объективов является низкая разрешающая способность и большие массогабаритные характеристики. Лучший по качеству из упомянутых выше многоканальных объективов [Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. - М.: ООО Недра-Бизнесцентр. 1999, с.267, таблица 19, рис.128, с.265] содержит в канале ПНВ с ЭОП 10 компонентов, имеет фокусное расстояние 225 мм, угловое поле 5°, относительное отверстие 1:2, обеспечивает в спектральном диапазоне 0,7 - 0,9 мкм коэффициент передачи контраста для пространственных частот 15 и 30 мм^-1 соответственно 0,823 и 0,686 (для точки на оси) и 0,638 и 0,411 (для края поля зрения), при этом его габаритные размеры 150×321×284 мм. Объективы ТП каналов состоят из 3-5 линз, фокусные расстояния 130 (габаритные размеры 150×388×280 мм) и 292 мм, относительные отверстия до 1:1,8 и 1:2; информация о качестве изображения ТП канала не приводится.

Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип, является двухканальный зеркально-линзовый объектив, содержащий зеркально-линзовый канал ПНВ с ЭОП и линзовый ТП канал, расположенный в зоне центрального экранирования зеркально-линзового канала ПНВ с ЭОП, имеющие общую визирную ось, при этом зеркально-линзовый канал выполнен в виде четырех компонентов, первый из которых по ходу лучей имеет вырезанную центральную зону, на второй поверхности второго компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй поверхности и вырезанную центральную зону, а линзовый ТП канал выполнен в виде двух компонентов, разнесенных вдоль оптической оси на значительное расстояние, между которыми установлено поворотное зеркало, при этом все линзы компонентов имеют форму менисков, обращенных вогнутыми поверхностями к плоскости изображений, первый компонент линзового ТП канала установлен в отверстии первого компонента зеркально-линзового канала, поворотное зеркало установлено между первым и вторым компонентами зеркально-линзового канала [Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. - М.: ООО Недра-Бизнесцентр, 1999, с.272, рис. 131, табл.19, с.267].

Зеркально-линзовый канал имеет фокусное расстояние 210 мм, геометрическое относительное отверстие 1:1,5, угловое поле 6°30', диаметр 150 мм, длина 393,5 мм. Объектив обеспечивает в спектральном диапазоне 0,75-0,9 мкм коэффициент передачи контраста для пространственных частот 15 и 30 мм ^-1 соответственно 0,851 и 0,604 (для точки на оси) и падает практически до нуля для края поля зрения. Длина объектива превышает фокусное расстояние в 1,87 раза. Эффективное относительное отверстие не превышает 1:2.

Линзовый ТП канал имеет фокусное расстояние 144 мм, относительное отверстие 1:1,33, угловое поле 2°24 ^', диаметр 111 мм, длину 230,4 мм, спектральный диапазон 3,5-5,2 мкм. Информация о качестве изображения этого канала не приводится.

Таким образом, основными недостатками прототипа являются большие габариты и масса, недостаточное относительное отверстие зеркально-линзового канала, низкое качество изображения. Поэтому такой объектив не может быть применен в ПНВ совместно с ЭОПами 2, 2+ и 3-го поколений, имеющих разрешение 50-60 мм ^-1, так как вследствие мультипликативности частотно-контрастных характеристик (ЧКХ) элементов ПНВ результирующее качество изображения будет ограничено низкой ЧКХ объектива, что не позволит в полной мере реализовать преимущества ЭОП последних поколений для достижения максимальной дальности обнаружения объектов наблюдения.

Необходимое улучшение качества изображения в этой системе невозможно обеспечить из-за наличия больших остаточных аберраций, из которых наибольшее значение имеют астигматизм, кривизна изображения, хроматизм увеличения, аберрации широких наклонных пучков.

Предложен двухканальный зеркально-линзовый объектив, содержащий зеркально-линзовый канал ПНВ с ЭОП и линзовый ТП канал, расположенный в зоне центрального экранирования зеркально-линзового канала ПНВ с ЭОП, имеющие общую визирную ось. Зеркально-линзовый канал выполнен в виде четырех компонентов, первый из которых по ходу лучей имеет вырезанную центральную зону, на второй поверхности второго компонента нанесено кольцевое отражающее покрытие, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющего внутреннее отражающее покрытие на второй поверхности и вырезанную центральную зону. Линзовый ТП канал выполнен в виде двух компонентов, разнесенных вдоль оптической оси на значительное расстояние, между которыми установлено поворотное зеркало, при этом все линзы компонентов имеют форму менисков, обращенных вогнутыми поверхностями к плоскости изображений. Первый компонент линзового ТП канала установлен в отверстии первого компонента зеркально-линзового канала, поворотное зеркало установлено между первым и вторым компонентами зеркально-линзового канала. Первый компонент зеркально-линзового канала выполнен в виде плоскопараллельной пластинки, второй компонент зеркально-линзового канала выполнен в виде выпукло-плоской линзы, четвертый компонент зеркально-линзового канала выполнен из трех одиночных линз в форме менисков, при этом первый и второй мениски обращены к плоскости изображений своими вогнутыми поверхностями, третий мениск - выпуклыми. Первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового канала выполнены из стекла одной марки с показателем преломления не более 1,52, второй компонент линзового ТП канала выполнен в виде одиночного мениска, при этом имеют место следующие соотношения:

где L_зл, L_л - длина вдоль оптической оси от первой поверхности до плоскости изображений соответственно зеркально-линзового и линзового ТП каналов;

f’_зл , f’_2зл, f’_3зл, f’_4зл - фокусные расстояния зеркально-линзового канала и его второго, третьего и четвертого компонентов соответственно;

f’_л - фокусное расстояние линзового ТП канала;

f’_10л - фокусное расстояние первого компонента линзового ТП канала;

f’_11л - фокусное расстояние второго компонента линзового ТП канала;

d_10,11л - расстояние вдоль оптической оси между первым и вторым компонентами линзового ТП канала.

Для второго варианта объектива наиболее близким по технической сущности является тот же прототип, но в нем линзовый ТП канал рассматривается как выполненный в виде двух компонентов, разнесенных вдоль оптической оси на значительное расстояние, между которыми установлено поворотное зеркало, при этом все линзы компонентов имеют форму менисков, первый компонент и второй мениск второго компонента обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображений, первый компонент линзового ТП канала установлен в отверстии первого компонента зеркально-линзового канала, поворотное зеркало установлено между первым и вторым компонентами зеркально-линзового канала [Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. - М.: ООО Недра-Бизнесцентр, 1999, с.272, рис.131, табл.19, с.267].

Во втором варианте исполнения двухканальный зеркально-линзовый объектив отличается от прототипа тем, что первый компонент линзового ТП канала выполнен в виде одиночного мениска, а первый мениск второго компонента обращен вогнутыми поверхностями к пространству предметов, при этом имеют место следующие соотношения:

где f’_15л - фокусное расстояние первого компонента линзового ТП канала;

f’_16л - фокусное расстояние второго компонента линзового ТП канала;

f’_18л - фокусное расстояние второго мениска второго компонента линзового ТП канала;

d_17,18л - расстояние вдоль оптической оси между менисками второго компонента линзового ТП канала.

Предлагаемый двухканальный зеркально-линзовый объектив позволяет обеспечить более высокие технические характеристики - повысить эффективное относительное отверстие зеркально-линзового канала, улучшить качество изображения каналов и его массогабаритные характеристики.

Более высокие технические характеристики предлагаемого объектива обеспечиваются новой совокупностью отличительных признаков:

- первый компонент зеркально-линзового канала выполнен в виде плоско-параллельной пластинки, второй компонент зеркально-линзового канала выполнен в виде выпукло-плоской линзы,

- первый, второй и третий компоненты зеркально-линзового канала выполнены из стекла одной марки с показателем преломления не более 1,52;

- четвертый компонент зеркально-линзового канала выполнен из трех одиночных линз в форме менисков, при этом первый и второй мениски обращены к плоскости изображений своими вогнутыми поверхностями, третий мениск - выпуклыми, при этом в зеркально-линзовом канале имеют место следующие соотношения;

- второй компонент линзового ТП канала выполнен в виде одиночного мениска, при этом имеют место следующие соотношения:

- во втором варианте исполнения первый компонент линзового ТП канала выполнен в виде одиночного мениска, а первый мениск второго компонента обращен вогнутыми поверхностями к пространству предметов, при этом в линзовом ТП канале имеют место следующие соотношения:

Выполнение первого компонента зеркально-линзового канала в виде плоско-параллельной пластинки, а второго компонента в виде выпукло-плоской линзы при соблюдении указанных соотношений (1) позволяет уменьшить длину канала вдоль оптической оси, что способствует улучшению массогабаритных характеристик двухканального объектива и повышению эффективного относительного отверстия.

Использование для первого, второго и третьего компонентов зеркально-линзового канала стекла одной марки с показателем преломления не более 1,52 способствует улучшению массогабаритных характеристик объектива.

Выполнение четвертого компонента зеркально-линзового канала из трех одиночных линз дает возможность распределить оптическую силу коррекционного компонента на отрицательную и положительную, сохранив положительную оптическую силу коррекционного компонента, как и в прототипе, но тем самым уменьшить астигматизм и кривизну изображения объектива в целом. Выполнение коррекционного компонента в виде менисков, первый и второй из которых обращены к плоскости изображений своими вогнутыми поверхностями, третий мениск - выпуклыми, при соблюдении указанных соотношений в зеркально-линзовом канале позволяет одновременно влиять и на аберрации широких наклонных пучков коррекционного компонента, уменьшив тем самым необходимость исправления указанных аберраций в силовом компоненте и улучшив их взаимную компенсацию. Уменьшение величин указанных аберраций позволяет повысить относительное отверстие зеркально-линзового канала, а также коэффициенты передачи контраста на рабочих пространственных частотах для внеосевых точек изображения.

Выполнение второго компонента 6 линзового ТП канала в виде одиночного мениска при соблюдении вышеуказанных соотношений (2) позволяет обеспечить качество изображения линзового ТП канала, близкое к дифракционному, для спектрального интервала 8-12 мкм при соотношении длины линзового ТП канала и его фокусного расстояния не более 1,5.

Выполнение во втором варианте исполнения первого компонента линзового ТП канала в виде одиночного мениска и ориентация первого мениска второго компонента вогнутыми поверхностями к пространству предметов при соблюдении вышеуказанных соотношений (3) позволяет обеспечить качество изображения линзового ТП канала, близкое к дифракционному, для спектрального интервала 8-12 мкм при соотношении длины линзового ТП канала и его фокусного расстояния не более 1,7.

Авторам не известны оптические системы двухканальных зеркально-линзовых объективов, обладающие признаками, сходными с признаками, отличающими предлагаемую систему от прототипа, поэтому данная система двухканального объектива обладает существенными отличиями.

Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:

Фиг.1 - оптическая схема двухканального зеркально-линзового объектива;

Фиг.2 - оптическая схема двухканального зеркально-линзового объектива (второй вариант);

Фиг.3 - ЧКХ зеркально-линзового канала;

Фиг.4 а - ЧКХ линзового ТП канала;

Фиг.4 б - функция концентрации энергии (ФКЭ) линзового ТП канала;

Фиг.5 а - ЧКХ линзового ТП канала (второй вариант);

Фиг.5 б - ФКЭ линзового ТП канала (второй вариант).

На фиг.1 и 2 изображена предлагаемая оптическая схема двухканального зеркально-линзового объектива соответственно в первом и втором вариантах исполнения.

Оптическая система содержит зеркально-линзовый канал ПНВ с ЭОП и линзовый ТП канал, расположенный в зоне центрального экранирования зеркально-линзового канала ПНВ с ЭОП, имеющие общую визирную ось.

Зеркально-линзовый канал содержит установленные по ходу луча плоско-параллельную пластинку 1, имеющую вырезанную центральную зону, плосковыпуклую линзу 2, на второй поверхности которой нанесено кольцевое отражающее покрытие, мениск 3, обращенный вогнутыми поверхностями к пространству предметов, имеющий внутреннее отражающее покрытие на второй поверхности и вырезанную центральную зону, и компонент 4, состоящий из трех менисков 5, 6, 7, первый и второй из которых обращены к плоскости изображений своими вогнутыми поверхностями, а третий - выпуклыми. Компоненты 1, 2 и 3 выполнены из стекла одной марки. При этом имеют место вышеприведенные соотношения (1).

Плоскопараллельная пластинка 8 может быть сменной (различной толщины) в зависимости от модели ЭОП. ЭОП на оптической схеме представлен плоско-параллельной пластинкой 9, служащей подложкой для фотокатода.

Линзовый ТП канал выполнен в виде двух компонентов 10 и 11, разнесенных вдоль оптической оси на значительное расстояние, между которыми установлено поворотное зеркало 12. Компонент 10 линзового ТП канала установлен в отверстии компонента 1 зеркально-линзового канала, поворотное зеркало 12 установлено между компонентами 1 и 2 зеркально-линзового канала. В первом исполнении (фиг.1) компонент 10 содержит два мениска 13 и 14, второй компонент 11 выполнен в виде одиночного мениска, при этом все мениски ориентированы вогнутыми поверхностями к плоскости изображений и имеют место вышеприведенные соотношения (2).

Во втором варианте исполнения (фиг.2) первый компонент линзового ТП канала выполнен в виде одиночного мениска 15, а во втором компоненте 16 первый мениск 17 обращен вогнутыми поверхностями к пространству предметов, а второй мениск 18 обращен вогнутыми поверхностями к пространству изображений, при этом имеют место вышеприведенные соотношения (3). Дополнительное плоское зеркало 19 введено для уменьшения габаритных размеров объектива.

Излучение, идущее от удаленного объекта, проходя последовательно компоненты 1, 2 зеркально-линзового канала, отражается первый раз от внутреннего зеркального покрытия на второй поверхности мениска 3, второй раз - от кольцевого отражающего покрытия, нанесенного на второй, плоской поверхности компонента 2, далее проходит линзы 5, 6, 7 компонента 4, фокусируется последними и образует изображение объекта в плоскости, с которой совмещен фотокатод, нанесенный на входном окне 9 ЭОП. Плоско-параллельная пластинка 8 может использоваться для нанесения на нее покрытия-фильтра, выделяющего излучение, соответствующее рабочему спектральному диапазону чувствительности ЭОП.

ИК излучение, идущее от удаленного объекта в первом варианте исполнений (фиг.1), проходит компонент 10 линзового ТП канала, отражается от зеркала 12 и после прохождения компонента 11 фокусируется и образует изображение объекта в плоскости матричного ИК ФПУ.

Во втором варианте исполнения (фиг.2) ИК излучение проходит последовательно компонент 15, зеркало 12, компонент 16, зеркало 19, фокусируется и формирует изображение объекта в плоскости матричного ИК ФПУ.

В качестве конкретного примера исполнения двухканального зеркально-линзового объектива в таблицах 1-8 приведены конструктивные параметры оптических систем каналов объектива, а также их ЧКХ и ФКЭ, подтверждающие высокое качество изображения, даваемое зеркально-линзовым каналом и линзовым ТП каналом.

Таблица 1 - Конструктивные параметры зеркально-линзового канала (f’=119 мм; диаметр входного зрачка D=100 мм; D:f’=1:1,2; D эф:f’=1,7; угловое поле в пространстве предметов 2=8°; размер фотокатода 2у’=18 мм; спектральный интервал 0,68-0,88 мкм)
Поз.	№пов.	R	d	Марка стекла
1	1	0	8,0	К8
	2	0	65,0
2	3	250,0	8,0	К8
	4	0	54,1
3	5	-172,58	6,5	К8
	6	-287,700	-6,5	-К8
	7	-172,580	-54,1
2	8	0	43,3
5	9	86,698	3,6	ТФ5
	10	44,06	2,0
6	11	33,108	9,0	ТК21
	12	809,1	3,0
7	13	-109,65	3,5	ТФ5
	14	-117,49	4,0
8	0	0	2,0	К8
	0	0	5,83
6	0	0	5,6	ЛКЗ
	0	0

Таблица 2 - Конструктивные параметры линзового ТП канала - вариант 1; (фокусное расстояние f’=96,64 мм; относительное отверстие D:f’=1:1,67; размер ИК- приемника 2y’=9,6 мм, угловое поле в пространстве предметов 2=5°50’; спектральный интервал 8-12 мкм)
Поз.	№пов.	R	d	Материал
13	1	70,0	5,0	Ge
	2	62,52	4,0
14	3	87,901	5,0	Ge
	4	113,24	85,0
11	5	95,528	4,0	Ge
	6	143,55
Таблица 3 - Конструктивные параметры линзового ТП канала - вариант 2 (фокусное расстояние f’=100 мм; относительное отверстие D:f’=1:1,8; размер ИК- приемника 2y’=9,6 мм, угловое поле в пространстве предметов 2=5°30’; спектральный интервал 8-12 мкм)
Поз.	№пов.	R	d	Материал
15	1	204,2300	6,0	Ge
	2	352,4	85,0
17	3	-79,986	4,1	Ge
	4	-90,730	49,5
18	5	62,205	3,0	Ge
	6	119,920

Таблица 4 - ЧКХ зеркально-линзового канала
Частота, мм-1		Точка на оси		=2°				=4°
				М		S		М		S
5,0		0,977		0,972		0,974		0,921		0,960
10,0		0,953		0,944		0,948		0,919		0,919
15,0		0,929		0,913		0,921		0,873		0,872
20,0		0,903		0,879		0,891		0,818		0,819
25,0		0,877		0,842		0,859		0,756		0,769
30,0		0,850		0,803		0,827		0,688		0,697
35,0		0,823		0,762		0,794		0,821		0,636
40,0		0,796		0,721		0,761		0,555		0,579
45,0		0,759		0,679		0,724		0,494		0,528
50,0		0,743		0,639		0,698		0,436		0,482
Таблица 5 - ЧКХ линзового ТП канала (вариант 1)
Частота, Мм-1	Точка на оси		y’=2,4 мм				y’=4,8 мм
			М		S		М		S
5,0	0,839		0,843		0,844		0,847		0,854
10,0	0,700		0,708		0,710		0,711		0,719
15,0	0,586		0,594		0,596		0,587		0,593
20,0	0,483		0,489		0,491		0,473		0,480
25,0	0,390		0,393		0,395		0,372		0,380
30,0	0,307		0,308		0,310		0,284		0,294
35,0	0,234		0,233		0,236		0,210		0,221
40,0	0,171		0,168		0,171		0,147		0,159
45,0	0,117		0,114		0,117		0,098		0,110
50,0			0,075		0,077		0,067		0,074

Таблица 6 - ФКЭ линзового ТП канала (вариант 1)
Радиус пятна, мкм		Энергия, отн.ед.
		Точка на оси			y'=2,4 мм		y'=4,8 мм
5,0		0,181			0,191		0,183
10,0		0,416			0,440		0,423
15,0		0,647			0,684		0,670
20,0		0,735			0,777		0,776
25,0		0,783			0,821		0,829
30,0		0,815			0,847		0,856
35,0		0,841			0,870		0,881
40,0		0,861			0,888		0,898
45,0		0,877			0,902		0,910
50,0		0,891			0,912		0,919
Таблица 7 - ЧКХ линзового ТП канала (вариант 2)
Частота, мм-1	Точка на оси		y'=2,4 мм			y'=4.8 мм
			М	S		М		S
5,0	0,873		0,885	0,888		0,869		0,874
10,0	0,738		0,735	0,746		0,730		0,741
15,0	0,612		0,608	0,623		0,601		0,612
20,0	0,501		0,496	0,511		0,487		0,494
25,0	0,413		0,399	0,411		0,388		0,387
30,0	0,318		0,312	0,320		0,298		0,291
35,0	0,238		0,232	0,237		0,216		0,207
40,0	0,164		0,159	0,161		0,144		0,136
45,0	0,102		0,099	0,099		0,089		0,078
50,0	0,061		0,059	0,059		0,053		0,049

Таблица 8 - ФКЭ линзового ТП канала (вариант 2)
Радиус пятна, мкм	Энергия, отн.ед.
	Точка на оси	y'=2,4 мм	y'=4,8 мм
5,0	0,188	0,190	0,180
10,0	0,421	0,426	0,409
15,0	0,674	0,684	0,670
20,0	0,775	0,787	0,772
25,0	0,821	0,832	0,830
30,0	0,849	0,856	0,859
35,0	0,881	0,884	0,882
40,0	0,900	0,904	0,903
45,0	0,914	0,918	0,917
50,0	0,922	0,927	0,926

В таблице 1 приведены конструктивные параметры зеркально-линзового канала, имеющего фокусное расстояние f’=119 мм, диаметр входного зрачка D=100 мм; геометрическое относительное отверстие D:f’=1:1,2; эффективное относительное отверстие D_эф:f’=1:1,7; угловое поле в пространстве предметов 2=8°; линейное поле в пространстве изображений (диаметр фотокатода) 2y'=18 мм. В таблице 1 позиция линз указана в соответствие с фиг.1 и 2; № пов. - номер преломляющей или отражающей поверхности по ходу луча; R - радиус преломляющих или отражающих поверхностей; d - толщины линз и воздушных промежутков. Все линейные размеры приведены в миллиметрах. Апертурная диафрагма совмещена с третьей преломляющей поверхностью. Масса оптических компонентов канала составляет 500 г.

Как следует из таблицы 1, длина зеркально-линзового канала составляет 1,3 от его фокусного расстояния, при этом фокусные расстояния его компонентов соответственно равны: f’_2зл =4,1f’_зл; |f’_3зл|=1,75f’_зл; f’_4зл=0,8f’_зл.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры линзового ТП канала объектива для первого варианта исполнения, имеющего фокусное расстояние f’=96,64 мм; относительное отверстие D:f’=1:1,67; размер ИК-приемника 2y’=9,6 мм, угловое поле в пространстве предметов 2=5°50’.

Канал рассчитан для работы в спектральном интервале 8-12 мкм. В таблице 2 позиция линз указана в соответствии с фиг.1; остальные обозначения аналогичны таблице 1. Апертурная диафрагма совмещена с первой преломляющей поверхностью. Масса оптических компонентов канала составляет 145 г.

Как следует из таблицы 2, длина линзового ТП канала составляет 1,45 от его фокусного расстояния, при этом конструктивные параметры его компонентов соответственно равны: f’_10л=1,74f’_л, f’ _11л=1,02f’_л, d_10,11л=0,86 f’ _л.

В таблице 3 приведены конструктивные параметры линзового ТП канала объектива для второго варианта исполнения, имеющего фокусное расстояние f’=100 мм; относительное отверстие D:f’=1:1,8; размер ИК-приемника 2у’=9,6 мм, угловое поле в пространстве предметов 2=5°30’. Канал рассчитан для работы в спектральном интервале 8-12 мкм. В таблице 3 позиция линз указана в соответствии с фиг.2; остальные обозначения аналогичны таблице 1. Апертурная диафрагма совмещена с первой преломляющей поверхностью. Масса оптических компонентов канала составляет 103 г.

Как следует из таблицы 3, длина линзового ТП канала составляет 1,66 от его фокусного расстояния, при этом конструктивные параметры его компонентов соответственно равны: f’_15л=1,56 f_л, f’_16л=0,39 f’_л, f’_18л=0,41f’_л, d_11,18л =1,27f’_16л.

В таблице 4 и на фиг.3 приведены ЧКХ для зеркально-линзового канала. В таблице 4 коэффициенты передачи контраста указаны в относительных единицах для пространственных частот, отнесенных к плоскости фотокатода ЭОП, в диапазоне от 0 до 50 мм^-1 для точки на оси и для точек на середине и краю поля зрения (для углов наклона внеосевых пучков 2° и 4°). Для внеосевых точек изображения коэффициенты передачи контраста приведены для меридионального (М) и сагиттального (S) сечений. На фиг.3 по оси абсцисс отложены значения пространственных частот, отнесенные к плоскости фотокатода ЭОП, в мм^-1 ; по оси ординат - значения коэффициентов передачи контраста, отн.ед. Графики ЧКХ представлены для точки на оси (обозначение “0”), для точек на середине диаметра фотокатода ЭОП (обозначение “2°”) и для точек на краю фотокатода ЭОП (на краю поля зрения) (обозначение “4°”) как для меридионального (м), так и сагиттального сечений (s). Для сравнения на фиг.3 приведена также ЧКХ безаберрационного объектива (обозначение “дифр.”). Из графиков фиг.3 и данных таблицы 4 следует, что для точки на оси коэффициенты передачи контраста для пространственных частот 30 и 50 мм^-1 составляют соответственно 0,85 и 0,74, а для точек на краю поля зрения - соответственно 0,69 и 0,43, что является вполне приемлемым для работы данного объектива совместно с ЭОП 2,2+ и 3-го поколений.

В таблице 5 и на фиг.4а приведена ЧКХ линзового ТП канала (первый вариант). В таблице 7 и на фиг.5а приведена ЧКХ линзового ТП канала (второй вариант). Значения коэффициентов передачи контраста приведены для точки на оси, середины и края изображения (у' - координата в плоскости приемника относительно оси канала), остальные обозначения аналогичны таблице 4 и фиг.3. Из графиков фиг.4а, 5а и данных таблиц 5, 7 следует, что как для первого, так и для второго вариантов исполнения линзового ТП канала для всех точек изображения коэффициенты передачи контраста для пространственной частоты 15 мм'¹ составляют не менее 0,6, а для частоты 30 мм^-1 - не менее 0,3, что близко к дифракционному пределу.

В таблице 6 и на фиг.4б приведена ФКЭ для линзового ТП канала (первый вариант исполнения). В таблице 8 и на фиг.5б приведена ФКЭ линзового ТП канала (второй вариант исполнения). Значения энергии в относительных единицах характеризуют, какая часть всей энергии пятна находится в круге указанного радиуса. Для всех точек поля графики практически совпадают, что свидетельствует об одинаковом качестве изображения в пределах всего поля. Для сравнения на фиг.4б, 5б приведены теоретические кривые (“дифр”). Из графиков фиг.4б, 5б и данных таблиц 6, 8 следует, что в пределах элемента приемника радиусом 0,025 мм сосредоточено до 80% всей энергии, что достаточно близко к дифракционному пределу.

Таким образом, предлагаемый двухканальный зеркально-линзовый объектив, обладающий совокупностью указанных отличительных признаков, в сравнении с прототипом позволяет обеспечить более высокие технические характеристики - повысить эффективное относительное отверстие зеркально-линзового канала, улучшить качество изображения каналов и их массогабаритные характеристики.

Предлагаемый двухканальный зеркально-линзовый объектив может быть использован для работы в двухканальных ПНВ, имеющих один канал для работы совместно с ЭОП 2, 2+ и 3-го поколений, а второй - с матричными ИК ФПУ, для решения задач обнаружения и опознавания объектов наблюдения при пониженной освещенности.

Литература

1. РФ 94013373. Совмещенный объектив // Ларкин Е.В., Арбузова И.В., Данилкин Ф.А. - 1995. - Бюл.№35.

2. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. - М.: ООО Недра-Бизнесцентр, 1999. - 286 с.