приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора

Формула изобретения

Приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора, содержащая осесимметричные последовательно установленные вдоль оптической оси оптический панорамный блок с первой выпуклой преломляющей, второй выпуклой отражающей, третьей вогнутой отражающей и четвертой преломляющей поверхностями и многоэлементный приемник излучения, расположенный за преломляющей поверхностью в задней фокальной плоскости оптического панорамного блока, отличающаяся тем, что в нее введена осесимметричная апертурная диафрагма, совмещенная со второй выпуклой отражающей поверхностью, при этом первая выпуклая преломляющая и третья вогнутая отражающая поверхности оптического панорамного блока выполнены полупрозрачными с одинаковыми световыми диаметрами и формой поверхностей и полностью совмещены друг с другом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оптического приборостроения и используется в обзорно-панорамных оптико-электронных приборах и системах, преобразующих трехмерное панорамное пространство в угловом поле, близком к полусфере, в плоское изображение на приемнике излучения и работающих как в видимом, так и в ИК-диапазоне спектра.

Известная панорамная система, описанная в патенте RU № 2283506, опубл. 10.09.2006, МПК⁸ G02B 17/08, содержащая оптический панорамный блок с первой выпуклой и второй вогнутой отражающими поверхностями, многоэлементный приемник излучения и микроканальную пластину с входной и выходной поверхностями, при этом входная поверхность микроканальной пластины расположена в задней фокальной плоскости оптического панорамного блока, а выходная поверхность микроканальной пластины установлена на многоэлементном приемнике излучения.

Недостаток данной панорамной системы заключается в наличии темнового поля (от 70 до 170 градусов) вокруг оптической оси, сложности юстировки зеркал, и использовании микроканальной пластины, что усложняет систему и требует согласования характеристик микроканальной пластины и многоэлементного приемника излучения, что ухудшает технические характеристики системы и ограничивает область ее применения.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора, описанная в свидетельстве РФ на полезную модель № 25947, МПК G02B 13/06, опубл. 27.10.2002 г. и содержащая осесимметричные последовательно установленные вдоль оптической оси оптический панорамный блок с первой выпуклой и второй плоской преломляющими поверхностями, первой выпуклой и второй вогнутой отражающими поверхностями, и многоэлементный приемник излучения, расположенный за плоской преломляющей поверхностью оптического панорамного блока в его задней фокальной плоскости.

Недостатком такой системы является наличие значительного темнового поля (от 70 до 170 градусов) вокруг оптической оси, возможность попадания внеинформационных пучков лучей на многоэлементный приемник излучения, диаметр первой выпуклой преломляющей поверхности, значительно превышающий диаметр приемника излучения, что ухудшает технические характеристики системы и ограничивает область ее применения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение технических характеристик приемной оптической системы панорамного оптико-электронного прибора за счет увеличения ее углового поля, ограничения относительного отверстия системы и выделения информационных пучков лучей, обеспечивающих высокую разрешающую способность системы, а также уменьшения диаметра первой выпуклой преломляющей поверхности, что способствует уменьшению габаритов оптического панорамного блока.

Поставленная задача достигается тем, что известная приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси оптический панорамный блок с первой выпуклой преломляющей, второй выпуклой отражающей, третьей вогнутой отражающей и четвертой преломляющей поверхностями и многоэлементный приемник излучения, расположенный за преломляющей поверхностью в задней фокальной плоскости оптического панорамного блока, снабжена апертурной диафрагмой, совмещенной со второй выпуклой отражающей поверхностью оптического панорамного блока, при этом первая выпуклая преломляющая и третья вогнутая отражающая поверхности оптического панорамного блока выполнены полупрозрачными с одинаковыми световыми диаметрами и формой поверхностей и полностью совмещены друг с другом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора.

Приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора содержит осесимметричные последовательно установленные вдоль оптической оси 1 оптический панорамный блок 2, выполненный в виде первой выпуклой преломляющей поверхности 3, на которую направлен информационный поток 4 вдоль главного луча 5, второй выпуклой отражающей поверхности 6, совмещенной с осесимметричной апертурной диафрагмой 7, третьей вогнутой отражающей поверхности 8 и четвертой преломляющей поверхности 9, многоэлементный приемник излучения 10, установленный в задней фокальной плоскости 11 оптического панорамного блока 2. Первая выпуклая преломляющая поверхность 3 и третья вогнутая отражающая поверхность 8 выполнены полупрозрачными с одинаковыми световыми диаметрами и формой поверхностей и полностью совмещены друг с другом. Центры кривизны преломляющих 3, 9 и отражающих 6, 8 поверхностей оптического панорамного блока 2 расположены на оптической оси 1.

Оптический панорамный блок может быть выполнен из оптических материалов с показателем преломления от 1,4 до 4,0, прозрачных в различных спектральных диапазонах от видимого до ИК-диапазона спектра, а его преломляющие и отражающие поверхности могут быть выполнены как поверхности второго, так и более высоких порядков.

Приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора работает следующим образом.

От произвольной точки полусферы панорамного пространства предметов в оптический панорамный блок 2 вдоль главного луча 5 поступает информационный поток 4 на его первую выпуклую преломляющую поверхность 3, выполненную полупрозрачной, которая собирает 50% потока и направляет его в апертурную диафрагму 7, при этом главный луч 5 направлен в вершину второй выпуклой отражающей поверхности 6 на оптической оси 1. Диаметр апертурной диафрагмы 7 выполнен таким, что она ограничивает сечение информационного потока 4, обеспечивающее необходимые освещенность и разрешающую способность в изображении на многоэлементном приемнике излучения 10.

Совмещенная с апертурной диафрагмой 7 вторая выпуклая отражающая поверхность 6 расходящимся пучком направляет информационный поток 4 на третью вогнутую отражающую поверхность 8, выполненную полупрозрачной и полностью совмещенной с первой преломляющей поверхностью 3. Полезная часть (50%) информационного потока 4 отражается от третьей вогнутой отражающей поверхности 8 и сходящимся пучком направляется на четвертую преломляющую поверхность 9, преломляется на ней и далее фокусируется в задней фокальной плоскости 11 оптического панорамного блока 2, образуя действительное изображение точки на многоэлементном приемнике излучения 10, при этом высоты падения главного луча 5 как на первую преломляющую поверхность 3, так и на третью вогнутую отражающую поверхность 8, а также на четвертую преломляющую поверхность 9 практически одинаковые.

Выполнение апертурной диафрагмы 7, совмещенной со второй выпуклой отражающей поверхностью 6, и выполнение поверхностей оптического панорамного блока 2: первой выпуклой преломляющей поверхности 3 и третьей вогнутой отражающей поверхности 8 полупрозрачными и совмещенными друг с другом, второй выпуклой отражающей поверхности 6 и четвертой преломляющей поверхности 9, обеспечивает действительное перевернутое изображение панорамного пространства на многоэлементном приемнике излучения 10.

Оптический панорамный блок может быть выполнен с различным удалением его задней фокальной плоскости относительно четвертой преломляющей поверхности, но не превышающим полутора фокусных расстояний блока, что обеспечивается подбором оптического материала блока и оптических сил его преломляющих и отражающих поверхностей.

Выполнение первой выпуклой преломляющей поверхности и третьей вогнутой отражающей поверхности полупрозрачными с одинаковыми световыми диаметрами и формой поверхностей и полностью совмещенными друг с другом обеспечивает отсутствие экранирования углового поля, что способствует уменьшению темнового поля до 5-30 градусов и, тем самым, улучшает технические характеристики всей системы.

Совмещение апертурной диафрагмы со второй выпуклой отражающей поверхностью и подбор оптических сил и форм преломляющих и отражающих поверхностей оптического панорамного блока обеспечили полное заполнение светового отверстия апертурной диафрагмы информационными потоками от всех точек изображаемого пространства, что способствовало выравниванию освещенности в изображении и повышению разрешающей способности, что улучшает технические характеристики всей системы.

Совмещение апертурной диафрагмы со второй выпуклой отражающей поверхностью обеспечило значительное уменьшение светового диаметра первой выпуклой преломляющей поверхности, а следовательно, уменьшение поперечных габаритов оптического панорамного блока, что улучшает технические характеристики всей системы.

При неизменном положении апертурной диафрагмы, совмещенной со второй выпуклой отражающей поверхностью, за счет подбора оптических сил первой преломляющей и третьей вогнутой отражающей поверхностей оптический панорамный блок можно реализовать с различным удалением выходного зрачка от четвертой преломляющей поверхности блока, в том числе расположенным в бесконечности и обеспечивающим телецентрический ход главных лучей и на выходе оптического панорамного блока, и перед многоэлементным приемником излучения, что дополнительно приводит и к повышению разрешающей способности, и к выравниванию освещенности и разрешающей способности по полю при одновременном уменьшении поперечных габаритов всей системы, что также улучшает технические характеристики всей системы.

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает увеличение углового поля системы и доведение его до близкого к полусфере за счет уменьшения темнового поля относительно оптической оси, ограничение относительного отверстия системы и выделение информационных пучков лучей, обеспечивающих высокую разрешающую способность системы, и уменьшение поперечных габаритов приемной оптической системы панорамного оптико-электронного прибора.