ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к оптическим системам для наблюдения и измерения дальности до удаленных объектов с помощью лазерных импульсов.
х
Известен прибор для дневного и ночного наблюдения [1], включающий в том числе визирный канал, состоящий из объектива, оптического модуля и окуляра, излучающий канал дальномера, состоящий из излучателя и формирующей системы, в качестве которой используется телескопическая система с увеличением 5. Недостатком данной конструкции является то, что наблюдение за удаленными объектами осуществляется при помощи окуляра. Кроме того, разделение визирного и передающего каналов приводит к большим габаритам выходного окна прибора.
х
Наиболее близким к предлагаемой системе является расширитель лазерного пучка в виде телескопической оптической системы типа Галилея [2], состоящий из объектива и окуляра. Объектив состоит из трех компонентов, первый из которых выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к первому компоненту, третий компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы. Окуляр состоит из одиночного отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к объективу. Данная конструкция обеспечивает 5 расширение лазерного пучка с дифракционным
х
качеством в спектральном диапазоне от 0.365 мкм до 1.3 мкм при диаметре выходного зрачка 2 мм и удалении выходного зрачка не более 40 мм. Однако недостатком прототипа является то, что данная система не обеспечивает необходимого качества изображения при увеличении более 5 и удалении выходного зрачка более 40 мм, а также одновременную возможность наблюдения за объектом.
Задачей полезной модели является увеличение кратности системы при сохранении дифракционного качества изображения для длин волн 1.57 мкм или 1.067 мкм и расширение функциональных возможностей системы.
Оптическая система содержит оптически связанные объектив, состоящий из трех компонентов, и окуляр, включающий отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к объективу, в отличие от прототипа, содержит спектроделительный блок, расположенный между объективом и окуляром и выполненный с возможностью пропускания излучения длиной волны 1570 нм или 1067 нм и отражения излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 850 нм, и согласующий объектив, расположенный за спектроделительным блоком по ходу отраженного пучка и оптически сопряженный с объективом, а окуляр дополнен двояковогнутой линзой, расположенной перед отрицательным мениском, при этом первый компонент объектива выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй и третий компоненты объектива выполнены в виде положительных двусклееных линз, каждая из которых состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска.
Выполнение первого компонента объектива в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству
х
предметов, второго и третьего компонентов в виде положительных двусклеенных линз, состоящих из двояковыпуклых линз и отрицательных менисков, а также введение двояковогнутой линзы в окуляр, обеспечило увеличение кратности системы до величины не менее 9при диаметре выходного зрачка 2.4 мм и удалении выходного зрачка не менее 100 мм при высокой степени коррекции сферической аберраций и аберраций внеосевых пучков при расходимости пучка лазерного излучателя 2W=28'...32'.
Введение между объективом и окуляром спектроделительного блока, выполненного с возможностью пропускания излучения длиной волны 1570 нм или 1067 нм и отражения излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 850 нм, а также согласующего объектива, расположенного за спектроделительным блоком по ходу отраженного пучка, и оптически сопряженного с объективом, позволяет формировать изображение на ПЗС-матрице.
На фиг.1 изображена предлагаемая оптическая система.
е
e
На фиг.2 приведены конструктивные параметры оптической системы, где R - радиусы кривизны поверхностей линз, D - расстояния между поверхностями линз, n - показатель преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), ν-число Аббе для линии е.
Оптическая система состоит из оптически связанных объектива, содержащего отрицательный мениск 1, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, положительные двусклеенные линзы 2 и 3, состоящие из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, и окуляра, содержащего двояковогнутую линзу 4 и отрицательный мениск 5, обращенный выпуклой поверхностью к объективу. Между объективом и окуляром размещен спектроделительный блок 6, выполненный с возможностью пропускания излучения
°
х
длиной волны 1570 нм или 1067 нм и отражения излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 850 нм. Спектроделительный блок выполнен в виде призменного блока, склеенного из призм БР-180 и АР-90°. После спектроделительного блока по ходу отраженного пучка расположен согласующий объектив 7, оптически сопряженный с объективом (поз.1, 2, 3), и формирующий изображение в плоскости ПЗС-матрицы. Согласующий объектив 7 работает с увеличением - 0.5. Фокусное расстояние объектива равно 90.75 мм для длины волны 700 нм и 91.54 мм для длины волны 1570 нм. Фокусное расстояние окуляра равно - 9.98 мм для длины волны 1570 нм. Фокусное расстояние согласующего объектива равно 34.8 мм для длины волны 700 нм.
х
Оптическая система работает следующим образом. Лазерное излучение из выходного окна излучателя, совмещенного с выходным зрачком системы, расположенным на расстоянии не менее 100 мм от компонента 5, попадает на отрицательные линзы окуляра 5, 4, после чего расширяется, и пройдя через спектроделительное покрытие призменного блока 6, попадает на линзы 3, 2, 1 объектива. Задний фокус объектива совпадает с передним фокусом окуляра и поэтому из объектива выходит параллельный пучок лазерного пучка, увеличенный в диаметре в 9.15 раз по сравнению с падающим пучком лазерного излучения. Параллельный пучок лучей от бесконечно удаленного предмета попадает на линзы 1, 2, 3 объектива, преломляется на их поверхностях, и отразившись от спектроделительного покрытия призменного блока 6, фокусируется в промежуточной плоскости изображения. Согласующий объектив 7 переносит это изображение с увеличением - 0.5 в плоскость ПЗС-матрицы.
х
В соответствии с предложенным решением рассчитана оптическая система, включающая в себя объектив, спектроделительный блок и окуляр, представляющие собой телескопический расширитель лазерного пучка типа Галилея, исправленный для длины волн 1.57 мкм и 1.067 мкм. Увеличение оптической системы 9.15. Диаметр выходного зрачка 2.4 мм. Удаление выходного зрачка не менее 100 мм. Средне-квадратичное отклонение волнового фронта (rms), выходящего из телескопической системы, не превышает 0.02λ, что говорит о том, что система имеет дифракционное качество для указанных длин волн. Оптическая система, включающая объектив, спектроделительный блок и согласующий объектив, формирует изображение на ПЗС-матрице удаленного объекта. Поле зрения системы составляет 2W=9°, относительное отверстие 1:2.5.
Источники информации
1. Патент RU №2193789 С2, публикация 2002, МПК G02B 23/00.
2. Патент US №5329404, публикация 1992 г, МПК G02B 9/34 - прототип.