RU2427863C1

RU2427863C1 - Receiving optical system for panoramic optoelectronic device

Info

Publication number: RU2427863C1
Application number: RU2010107441/28A
Authority: RU
Inventors: Андрей Андреевич Григорьев (RU); Андрей Андреевич Григорьев; Татьяна Ивановна Якушенкова (RU); Татьяна Ивановна Якушенкова; Мария Валерьевна Урусова (RU); Мария Валерьевна Урусова; Куанг Хиеп НГУЕН (VN); Куанг Хиеп Нгуен
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2011-08-27

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: system for panoramic optoelectronic device comprises an optical paranomic unit 2 and a multi-element radiation receiver 10 placed at the rear focal plane 11 thereof, the two components being axially symmetric and arranged in series along the optical axis 1. The optical panoramic unit 2 is in form of a first convex refracting surface 3 on which the information stream 4 is directed along the main beam 5, a second convex reflecting surface 6 superimposed with an axially symmetric aperture diaphragm 7, a third concave reflecting surface 8 and a fourth refracting surface 9. The first convex refracting surface 3 and third concave reflecting surface 8 are semitransparent, have identical clear apertures and surface form and are completely superimposed with each other. ^ EFFECT: high field angle, limiting the aperture ratio, high resolution, smaller size due to smaller diameter of the first convex refracting surface. ^ 1 dwg

Description

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.The invention relates to the field of optical instrumentation and is used in panoramic panoramic optoelectronic devices and systems that convert three-dimensional panoramic space in an angular field close to the hemisphere into a flat image on a radiation receiver and operating both in the visible and in the infrared range .

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.Known panoramic system described in patent RU No. 2283506, publ. 09/10/2006, IPC ⁸ G02B 17/08, comprising an optical panoramic block with a first convex and second concave reflective surfaces, a multi-element radiation detector and a microchannel plate with input and output surfaces, while the input surface of the microchannel plate is located in the rear focal plane of the optical panoramic block and the output surface of the microchannel plate is mounted on a multi-element radiation detector.

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.The disadvantage of this panoramic system is the presence of a dark field (from 70 to 170 degrees) around the optical axis, the difficulty of aligning the mirrors, and the use of a microchannel plate, which complicates the system and requires matching the characteristics of a microchannel plate and a multi-element radiation receiver, which degrades the system’s technical characteristics and limits scope of its application.

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.Closest to the technical nature of the present invention is a receiving optical system of a panoramic optical-electronic device described in the certificate of the Russian Federation for utility model No. 25947, IPC G02B 13/06, publ. 10.27.2002 and containing axisymmetric optical panoramic unit sequentially mounted along the optical axis with the first convex and second flat refractive surfaces, the first convex and second concave reflective surfaces, and a multi-element radiation receiver located behind the flat refractive surface of the optical panoramic unit in its rear focal the plane.

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.The disadvantage of this system is the presence of a significant dark field (from 70 to 170 degrees) around the optical axis, the possibility of extra-informational beams of rays falling onto a multi-element radiation detector, the diameter of the first convex refracting surface, significantly exceeding the diameter of the radiation detector, which degrades the technical characteristics of the system and limits its area application.

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.The technical task of the invention is to improve the technical characteristics of the receiving optical system of a panoramic optical-electronic device by increasing its angular field, limiting the relative aperture of the system and highlighting information beams of rays that provide a high resolution system, as well as reducing the diameter of the first convex refracting surface, which contributes to reducing the size of the optical panoramic unit.

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.This object is achieved by the fact that the known receiving optical system of a panoramic optical-electronic device, comprising sequentially installed along the optical axis an optical panoramic unit with a first convex refractive, second convex reflective, third concave reflective and fourth refractive surfaces and a multi-element radiation detector located behind the refractive surface in the rear focal plane of the optical panoramic unit, equipped with an aperture diaphragm combined with the second the convex reflective surface of the optical panoramic unit, while the first convex refracting and third concave reflective surfaces of the optical panoramic unit are translucent with the same light diameters and the shape of the surfaces and are fully aligned with each other.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора.The invention is illustrated in the drawing, which shows the receiving optical system of a panoramic optical-electronic device.

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.The receiving optical system of a panoramic optical-electronic device contains axisymmetric sequentially mounted along the optical axis 1 optical panoramic unit 2, made in the form of a first convex refracting surface 3, to which the information stream 4 is directed along the main beam 5, a second convex reflecting surface 6, combined with an axisymmetric an aperture diaphragm 7, a third concave reflective surface 8 and a fourth refracting surface 9, a multi-element radiation detector 10 mounted in the bottom focal plane 11 of the optical panoramic unit 2. The first convex refracting surface 3 and the third concave reflecting surface 8 are made translucent with the same light diameters and the shape of the surfaces and are fully aligned with each other. The centers of curvature of the refracting 3, 9 and reflecting 6, 8 surfaces of the optical panoramic unit 2 are located on the optical axis 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.An optical panoramic unit can be made of optical materials with a refractive index of 1.4 to 4.0, transparent in various spectral ranges from the visible to the infrared range of the spectrum, and its refractive and reflective surfaces can be made as the surface of the second or more high orders.

Приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора работает следующим образом.The receiving optical system of a panoramic optical-electronic device operates as follows.

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.From an arbitrary point in the hemisphere of the panoramic space of objects, an information stream 4 enters the optical panoramic block 2 along the main beam 5 onto its first convex refracting surface 3, made translucent, which collects 50% of the flow and directs it to the aperture diaphragm 7, while the main beam 5 is directed to the apex of the second convex reflecting surface 6 on the optical axis 1. The diameter of the aperture diaphragm 7 is such that it limits the cross section of the information stream 4, providing the necessary illumination st and the resolution of the image on the radiation receiver multielement 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.Combined with the aperture diaphragm 7, the second convex reflecting surface 6 diverging beam directs the information stream 4 to the third concave reflecting surface 8, made translucent and fully aligned with the first refracting surface 3. The useful part (50%) of the information stream 4 is reflected from the third concave reflecting surface 8 and converging beam is directed to the fourth refractive surface 9, refracted on it and then focused in the rear focal plane 11 of the optical panoramic unit ka 2, forming a real image of a point on a multi-radiation receiver 10, the drop height of the main beam 5 at both the first refractive surface 3 and the third concave reflecting surface 8, and the fourth refractive surface 9 is practically the same.

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.The implementation of the aperture diaphragm 7, combined with the second convex reflective surface 6, and the execution of the surfaces of the optical panoramic unit 2: the first convex refractive surface 3 and the third concave reflective surface 8 translucent and aligned with each other, the second convex reflective surface 6 and the fourth refractive surface 9, provides a valid inverted image of the panoramic space on the multi-element radiation receiver 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.An optical panoramic block can be made with different removal of its rear focal plane relative to the fourth refracting surface, but not exceeding one and a half focal lengths of the block, which is ensured by the selection of the optical material of the block and the optical forces of its refracting and reflecting surfaces.

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.The implementation of the first convex refracting surface and the third concave reflecting surface translucent with the same light diameters and the shape of the surfaces and fully aligned with each other ensures the absence of screening of the angular field, which helps to reduce the dark field to 5-30 degrees and, thereby, improves the technical characteristics of the entire system .

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.The combination of the aperture diaphragm with the second convex reflecting surface and the selection of the optical forces and shapes of the refracting and reflecting surfaces of the optical panoramic unit ensured that the aperture of the aperture diaphragm was completely filled with information flows from all points of the image space, which facilitated the alignment of illumination in the image and increased resolution, which improves technical characteristics of the entire system.

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.The combination of the aperture diaphragm with the second convex reflecting surface provided a significant decrease in the light diameter of the first convex refracting surface, and therefore, a reduction in the transverse dimensions of the optical panoramic unit, which improves the technical characteristics of the entire system.

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.If the aperture diaphragm is aligned with the second convex reflecting surface, due to the selection of the optical forces of the first refracting and third concave reflecting surfaces, the optical panoramic block can be implemented with different distance of the exit pupil from the fourth refracting surface of the block, including one located at infinity and providing telecentric the main ray path both at the output of the optical panoramic unit and in front of the multi-element radiation receiver, which additionally t and to increase the resolution, and to align the illumination and resolution across the field while reducing the transverse dimensions of the entire system, which also improves the technical characteristics of the entire system.

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.The use of the present invention provides an increase in the angular field of the system and bringing it close to the hemisphere by reducing the dark field relative to the optical axis, limiting the relative aperture of the system and highlighting information beams of rays providing a high resolution system, and reducing the transverse dimensions of the receiving optical system of the panoramic optical electronic device.

Claims

A receiving optical system for a panoramic optical-electronic device, comprising axisymmetric optical panoramic unit sequentially mounted along the optical axis with a first convex refractive, second convex reflective, third concave reflective and fourth refractive surfaces and a multi-element radiation receiver located behind the refractive surface in the rear focal plane of the optical panoramic block, characterized in that it introduced an axisymmetric aperture diaphragm, combined with a second convex reflecting surface, the first convex refracting and the third concave reflecting surfaces of the optical panoramic unit are made translucent with the same light diameters and the shape of the surfaces and are fully aligned with each other.