ТЕПЛОПЕЛЕНГАТОР-ДАЛЬНОМЕР

Полезная модель относится к области оптико-электронного приборостроения, в частности, к многоканальным оптико-электронным системам, и может быть использована в тепловизионных приборах и оптико-электронных устройствах измерения дальности.
Известна многоспектральная зеркально-линзовая оптическая система [United States Patent №5,841,574 от Nov. 24, 1998 г.], содержащая главное вогнутое асферическое зеркало, вторичное выпуклое асферическое зеркало, спектроделитель в виде наклонной плоскопараллельной пластины, установленной перед фокальной плоскостью двухзеркальной системы, децентрированный входной зрачок, использующий неэкранированную часть зеркальной системы, и оптические системы в видимом и РЖ каналах. В ИК канале используется охлаждаемый приемник изображения с апертурной диафрагмой внутри приемника.
Признаки аналога совпадают со следующими признаками полезной модели: объектив содержит главное вогнутое и вторичное выпуклое асферические зеркала, спектроделитель представляет собой наклонную плоскопараллельную пластину, один из каналов - среднего ИК диапазона (3-5 мкм) - содержит охлаждаемый приемник изображения.
К недостаткам известного аналога можно отнести следующее: во-первых, использование в качестве спектроделителя плоскопараллельной пластины в сходящемся пучке лучей вносит аберрации нецентрированной системы, во-вторых, система имеет невысокую светосилу (относительное отверстие 1:5), в-третьих, система не имеет приемного канала отраженного лазерного излучения.
Другим аналогом может являться оптическая система [Патент на ПМ №118079 Респ. Беларусь, МПК G02B 23/00 / В.В. Щановский, О.С. Завойчинская, H.А. Черняк, Л.В. Анохина; заявитель и патентообладатель ОАО «Пеленг»], содержащая главное вогнутое асферическое зеркало, вторичное выпуклое асферическое зеркало, трехлинзовый компенсатор, три преобразователя фокусного расстояния и фотоприемники.
Признаки данного аналога совпадают со следующими характеристиками полезной модели: оптическая система содержит главное вогнутое и вторичное выпуклое асферические зеркала.
К недостаткам можно отнести следующее: во-первых, оптическая система не имеет каналов среднего и дальнего ИК диапазонов, во-вторых, система имеет невысокое значение относительного отверстия (1:1.46).
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является трехканальная зеркально-линзовая оптическая система [Патент на ПМ №136198 РФ, МПК G02B 17/00 / И.В. Попова, Г.И. Цуканова, А.С. Гаршин, Г.И. Курнель, М.Г. Егорова; заявитель и патентообладатель ОАО «ГИРООПТИКА»], содержащая главное вогнутое асферическое зеркало, вторичное выпуклое асферическое зеркало, первый спектроделитель в виде наклонной плоскопараллельной пластины, установленной перед фокальной плоскостью двухзеркальной системы, второй спектроделитель, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, установленный между главным и вторичным зеркалами зеркальной системы, общий объектив для среднего и дальнего инфракрасных диапазонов, линзу коллектив и объективы среднего и дальнего ИК диапазонов. В ИК каналах используются охлаждаемые приемники изображения с апертурной диафрагмой внутри приемника.
Признаки прототипа совпадают со следующими признаками предлагаемой полезной модели:
- оптическая система содержит главное вогнутое и вторичное выпуклое асферические зеркала;
- первый спектроделитель представляет собой наклонную плоскопараллельную пластину;
- второй спектроделитель представляет собой плоскопараллельную пластину, установленную перпендикулярно оптической оси в сходящемся пучке лучей;
- каналы среднего (3-5 мкм) и дальнего (8-12 мкм) диапазонов содержат охлаждаемые приемники изображения.
К недостаткам прототипа можно отнести следующее:
- система не может использоваться для измерения дальности (расстояние до наблюдаемого объекта, как правило, определяется отдельным прибором - лазерным дальномером).
Задачей полезной модели, как технического решения, является расширение функциональных возможностей системы путем введения в ее состав приемного канала лазерного дальномера, с целью измерения дальности.
Технические результаты получены за счет того, что в зеркально-линзовую оптическую систему, содержащую зеркальный объектив, включающий главное вогнутое асферическое зеркало и вторичное выпуклое асферическое зеркало, линзу-коллектив, расположенную в непосредственной близости перед задней фокальной плоскостью зеркального объектива, общий объектив для среднего и дальнего инфракрасных диапазонов, первый спектроделитель, выполненный в виде наклонной плоскопараллельной пластинки, расположенный после общего объектива в параллельном пучке лучей, объектив среднего инфракрасного диапазона, установленный после первого спектроделителя, приемник излучения среднего инфракрасного диапазона с охлаждаемой диафрагмой, объектив дальнего инфракрасного диапазона, установленный после первого спектроделителя, приемник излучения дальнего инфракрасного диапазона с охлаждаемой диафрагмой, второй спектроделитель, выполненный в виде плоскопараллельной пластинки и установленный между главным вогнутым и вторичным выпуклым зеркалами перпендикулярно оптической оси, может быть введен объектив приемного канала лазерного дальномера, установленный после второго спектроделителя и включающий последовательно расположенные по ходу лучей первую, вторую и третью одиночные линзы, причем первая и вторая одиночные линзы могут быть выполнены в виде положительных менисков, обращенных к плоскости изображения вогнутой стороной, а третья линза может быть выполнена плосковыпуклой и обращена к изображению плоской стороной. Кроме этого, может быть введен иммерсионный приемник отраженного лазерного излучения, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, на первую поверхность которой напылен фоточувствительный слой.
При введении объектива приемного канала лазерного дальномера и иммерсионного приемника отраженного лазерного излучения достигается не только прием отраженного лазерного излучения, но и увеличение дальности работы лазерного дальномера, за счет увеличения относительного отверстия системы.
На чертеже представлена оптическая схема теплопеленгатора-дальномера.
Теплопеленгатор-дальномер содержит следующие элементы: зеркальный объектив, включающий главное вогнутое асферическое зеркало 1 и вторичное выпуклое зеркало 2; линзовый объектив A приемного канала лазерного дальномера, включающий положительные мениски 3 и 4, обращенные к плоскости изображения вогнутой стороной, и плосковыпуклую линзу 5, обращенную к изображению плоской стороной; иммерсионный приемник отраженного лазерного излучения 6, выполненный в виде плоскопараллельной пластины 7, на первую поверхность которой напылен фоточувствительный слой; второй спектроделитель 8; линзу-коллектив 9, общий для среднего и дальнего ИК диапазонов объектив B, включающий двояковыпуклую линзу 10, выпукло-вогнутую линзу 11 и двояковыпуклую линзу 12; первый спектроделитель 13, объектив C для среднего ИК диапазона, включающий положительный мениск 14 и отрицательный мениск 15, обращенные к плоскости изображения вогнутой стороной, и положительный мениск 16, обращенный к плоскости изображения выпуклой стороной; приемник изображения среднего ИК диапазона 17 с охлаждаемой диафрагмой, объектив D для дальнего ИК диапазона, включающий положительный мениск 18, отрицательный мениск 19 и положительный мениск 20, обращенные к плоскости изображения вогнутой стороной; приемник изображения дальнего ИК диапазона 21 с охлаждаемой диафрагмой.
Предложенная оптическая система работает следующим образом. Излучение от удаленного объекта и отраженное лазерное излучение отражаются последовательно от главного вогнутого асферического зеркала 1 и вторичного выпуклого асферического зеркала 2 и попадают на второй спектроделитель 8. Отраженное от спектроделителя 8 лазерное излучение после прохождения линз 3, 4 и 5 объектива A формируют изображение в плоскости приемника 6. Преломленные вторым спектроделителем 8 лучи создают изображение в задней фокальной плоскости зеркального объектива, а затем преобразовываются в параллельные пучки с помощью линз 10, 11 и 12 общего объектива В. После полученной таким образом телескопической системы параллельные пучки лучей попадают на первый спектроделитель 13. Отраженные спектроделителем 13 лучи, проходя через линзы 14, 15 и 16 объектива C, формируют изображение в плоскости приемника 17. Преломленные спектроделителем 13 лучи, проходя через линзы 18, 19 и 20 объектива D, формируют изображение в плоскости приемника 21. Линза-коллектив 9 служит для согласования входного зрачка, расположенного на главном зеркале, с апертурными диафрагмами, являющимися выходными зрачками в среднем и дальнем ИК каналах.
Разработанный и предложенный заявителем теплопеленгатор - дальномер обладает следующими техническими характеристиками:
Характеристики двухспектрального теплопеленгатора
Диаметр входного зрачка
700 мм
Угловое поле в пространстве предметов
0.84°
Относительное отверстие
1:2
Спектральный диапазон
3-5 мкм
8-12 мкм
Характеристики приемного канала лазерного дальномера
Диаметр входного зрачка
700 мм
Относительное отверстие 1:0.21
Угловое поле в пространстве предметов
10′
Диаметр площадки приемника
0.5 мм
Концентрация энергии на площадке приемника
>90%
Рабочая длина волны
1.06 мкм
Таким образом, может быть осуществлен теплопеленгатор-дальномер.
Заявленная конструкция теплопеленгатора-дальномера позволяет:
- повысить дальность действия лазерного дальномера;
- расширить область применения устройства.