SU1095123A1 - Optical system having scanned field of view - Google Patents

Optical system having scanned field of view Download PDF

Info

Publication number
SU1095123A1
SU1095123A1 SU833568050A SU3568050A SU1095123A1 SU 1095123 A1 SU1095123 A1 SU 1095123A1 SU 833568050 A SU833568050 A SU 833568050A SU 3568050 A SU3568050 A SU 3568050A SU 1095123 A1 SU1095123 A1 SU 1095123A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
mirror
optical system
axis
mirrors
main
Prior art date
Application number
SU833568050A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентин Михайлович Гримблатов
Николай Николаевич Фащевский
Ремир Александрович Петренко
Original Assignee
Одесский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.И.И.Мечникова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Одесский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.И.И.Мечникова filed Critical Одесский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.И.И.Мечникова
Priority to SU833568050A priority Critical patent/SU1095123A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1095123A1 publication Critical patent/SU1095123A1/en

Links

Landscapes

  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СО СКАНИ-. РУЕМЬ1М ПОЛЕМ ЗРЕНИЯ, содержаща  выпуклое и вогнутое асферические зеркала. .установленные соосно с общим фокусом , и основное плоское поворотное зеркало, отличающа с  тем, что, с целью повьшени  точности сканировани  при одновременной коллимации входного и выходного пучков, асферические зеркала вьшолнены параболическими , а оптическа  система снабжена дополнительным плоским зеркалом , установленным с возможностью поворота совместно с основным плоским зеркалом вокруг оси, проход щей через общий фокус параболических зеркал и через дополнительное плоское зеркало так, что укзанна  ось, нормаль к дополнительному плоскому зеркалу 4V в точке его пересечени  этой осью и нормаль к основному плоскому зеркалу лежат в одной плоскости. со ел isd 00OPTICAL SYSTEM WITH SCANI-. RUEYM1M THE FIELD OF VIEW, containing convex and concave aspherical mirrors. Installed coaxially with a common focus, and a main flat swivel mirror, characterized in that, in order to improve the scanning accuracy while simultaneously collimating the input and output beams, aspherical mirrors are parabolic, and the optical system is equipped with an additional flat mirror that can be rotated together with the main plane mirror around the axis passing through the common focus of the parabolic mirrors and through the additional plane mirror so that the axis shown is normal to complement nomu 4V plane mirror at the point of intersection of the axis and the normal to the basic plane mirror lie in one plane. co-eat isd 00

Description

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению, а точнее к зеркальным системам телескопического типа, к южет найти применение в сканирующих системах, в частности в оптической св зи, в системах поиска , слежени  и локации космических объектов. Известна сканирующа  оптическа  система, содержаща  основную оптическую систему и поворотное плоское зеркало, установленное вне основной оптической системы Cl 3. Существенным недостатком системы  вл етс  мала  точность сканировани  погрешность которого, в силу удвоени  угла при отражении от плоского зеркала, вдвое больше погрешности «поворотного механизма. Кроме того, «система характеризуетс  низкой скоростью сканировани , завис щей от инертности массивного плоского зерка ла, размер которого преэьпиает пример но в полтора раза величину наибольше го силового компонента. Известен зеркальный объектив, содержащий вогнутое и выпуклое асферические зеркала, между которыми в цен ре кривизны поверхности изображени  размещено поворотное плоское зеркало С 2 3. Недостатком данного устройства  в л етс  низка  точность сканировани  из-за того, что коэффициент повышени  точности сканировани , определ емый как отношение угла поворота пло кого зеркала к углу сканировани  (уг лу поворота луча), не превышает 4,5 Кроме того, в устройстве пучок на выходе сходитс , т.е. оно не обе печивает одновременно со сканированием коллимацию пучка, что не позво ет нар ду с использованием устройст дл  приема излучени , использовать его дл  передачи. Коллимаци  с помощью ; вспомогательной системы вносит допо нительные потери и искажени . Целью изобретени   вл етс  повышение точности сканировани  при одно I временной коллимации входного и выходного пучков. Поставленна  цель достигаетс  тем что в оптической системе со сканируе мым полем зрени , содержащей вьтуклое и вогнутое асферические зеркала установленные соосно с общим фокусом и основное плоское поворотное зеркало , асферические зеркала выполнены параболическими, а оптическа  система снабжена дополнительным плоским зеркалом, установленным с возможностью поворота совместно с основным плоским зеркалом вокруг оси, проход щей через общий .фокус параболических зеркал и через дополнительное плоское зеркало, так, что указанна  ось, нормаль к дополнительному плоскому зеркалу в точке его пересечени  с этой осью и нормаль к основному плоскому зеркалу лежат в одной плоскости. На фиг. 1 изображена принципиальна  оптическа  схема оптической системы со сканируемым полем зрени , вид сбокуi на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - схема, по сн юща  работу устройства. Оптическа  система состоит из вогнутого 1 и выпуклого 2 силовых отражающих компонентов, которые расположены соосно и имеют общий фокус Между силовыми отражающими компонентами 1 и 2 установлено основное плоское поворотное зеркало 3. Дополнительное плоское зеркало 4 установлено на оси, проход щей через фокус F с возможностью совместного поворота с основным плоским зеркалом 3 вокруг общей оси (фиг. 1 и 2). Оптическа  система работает следующим образом. Узкий квазипараллельный пучок излучени  лазера направл етс  так, что ось этого пучка проходит через точку F - общий фокус вогнутого 1 и выпуклого 2 силовых отражающих компонентов . Пучок отражаетс  дополнительным зеркалом 4 и попадает на основное поворотное зеркало 3, после отражени  откоторого попадает на вьшуклый компонент 2, отража сь от которого расходитс  и попадает на вогнутый силовой компонент 1. После него, расширенный и коллимированный, уходит в пространство. При сканировании плоские зеркала 3 и 4 совместно поворачиваютс  вокруг оси, проход щей через точку Р и плоское зеркало. При этом осевой луч пучка, отраженный плоским зеркалом 3, проходит через эту же точку и пересекает поверхность силового компонента 2 в точке А (фиг.З). В силу свойств параболических отражающих поверхностей схемы Мерсена луч, отраженный компонентом 2 (фокусом которого  вл етс  точка F ), проходит параллельно главной оптичес кой оси и пересекает компонент 1 в точке В. После чего луч, отраженный компонентом 1, оп ть проходит через точку F . Поскольку высота точек А и В над главной оптической осью одинакова (обозначим ее Н ), а рассто ни  точек о и О от точки IF  вл ютс  главными фокусными рассто ни ми ком понентов 1 и 2 (обозначим их f oiin вогн ° повороте вход щего пучка на угол выход щий пучок синхронно повернетс  на угол р 2acrtg -МШ-t. -а этом коэффици ент повьппени  точности сканировани  К /5/ot. Как известно, схема Мерсена афокальна и в ней строго исправлены сфе рическа  аберраци  и астигматизм и выполн етс  условие синусов, т.е. исправлена также и кома. Благодар  афокальности примененной схемы в оптической системе без участи  какой-либо вспомогательной оптики происходит преобразование узкого пучка в пространстве изображени в широкий в пространстве предметов, т.е. коллимаци  вводимого в систему пучка. Коэффициент коллимации определ ет с  отношением ширины широкого пучка к ширине узкого пучка в зрачках оптической системы. Коллимаци  используетс  также дл  повьш1ени  точности сканировани . При наклоне оси узкого пучка к оптической оси системы ма некоторый угол ось широкого пучка, в силу уменьшени расходимости, отклонитс  на меньший угол и вли ние погрешности устройства , задакнцего наклон узкого пучка, с ответственно уменьшитс .В отличии от прототипа, коэффициент повышени  точности сканировани  в данной систе ме зависит от параметров оптической схемы (соотношени  фокусов обоих силовых компонентов), что позвол ет значительно повысить соответствующую точность сканировани , достигаемую в прототипе. Равномерное распределе-ние плотности излучени  в коллимированном пу ке обеспечиваетс  отсутствием в схеме Мерсена сферической аберрации, комы и астигматизма. Однако последни исправл етс  строго только в том слу чае, когда центры входного и выходного зрачков совпадают с общим фокусом обоих силовых компонентов. Этим , определ етс  положение оси поворота узкого пучка, котора  должна проходить через центр входного или выходного зрачка. В оптических системах оптико-электронных устройств источник излучени , при работе устройства на передачу, или приемник излучени , при работе на прием, при совместной работе, при осуществлении сканировани  должны оставатьс  неподвижными. Вьтолнение этого требовани  достигаетс  применением двух плоских поворотных зеркал, одно из которых пересекаетс  поворотной осью, вдоль которой первоначально направлен узкий пучок, причем это зеркало наклонено таким образом, что отраженный от него узкий пучок попадает на второе плоское зеркало, в свою очередь наклоненное таким образом, что отраженный от него узкий пучок попадает на вогнутый отражак дий компонент , а ось этого пучка направлена на общий фокус силовых компонентов (см. фиг. 1). Поскольку сама поворотна  ось тоже проходит через эту точку, то отрезки оси узкого пучка, заключенные между фокусом и зеркалами и между самими зеркалами,  вл ютс  сторонами треугольника, сумма углов которого, как известно, составл ет 180 , а биссектрисы углов,  вл ющиес  в данном случае нормал ми к плоским зеркалам, лежат в одной плоскости . Например, в оптической системе, собранной по указанной схеме, где вогнутое зеркало имеет параметры: R 6000 ММ, Ф 300 мм, выпуклое зеркало имеет параметры: мм; , ф 10 мм, рассто ние между параболическими зеркалами - 2970 мм, коэффициент коллимации равен 100. Чтобы просканировать этой оптической системой угол 5 9,А (ytiacTOK длиной 1,5 км на удалений -1000 км), плоские зеркала должны развернутьс  на угол 8°3525,2. В указанном устройстве точность сканировани  в 22 раза выше, чем в известном устройстве. Применение предлагаемой оптической системы со сканируемым полем зрени  позвол ет при сканировании внутри небольших углов резко повысить разрешающую способйость и дальнодействие оптико-электронных комплексов.The invention relates to optical instrument making, and more specifically to telescopic-type mirror systems, to be used in scanning systems, in particular in optical communication, in search, tracking and locating systems of space objects. The known scanning optical system containing the main optical system and the rotating flat mirror installed outside the main optical system Cl 3. A significant drawback of the system is the low scanning accuracy, the error of which, due to the doubling of the angle in reflection from the flat mirror, is twice the error of the rotary mechanism. In addition, the system is characterized by a low scanning speed, depending on the inertia of a massive flat mirror, the size of which exceeds approximately one and a half times the magnitude of the largest power component. A mirror lens is known that contains concave and convex aspherical mirrors, between which a rotating flat mirror C 2 3 is placed in the center of curvature of the image surface. The disadvantage of this device is low scanning accuracy due to the fact that the increase in scanning accuracy defined as the ratio of the angle of rotation of the flat mirror to the angle of scanning (the angle of rotation of the beam) does not exceed 4.5. Moreover, in the device the beam at the output converges, i.e. it does not both bake at the same time as scanning the collimation of the beam, which, in addition to using the device for receiving the radiation, does not allow it to be used for transmission. Collimation using; auxiliary system introduces additional losses and distortions. The aim of the invention is to increase the scanning accuracy with one I time collimation of the input and output beams. The goal is achieved by the fact that in an optical system with a scanned field of view containing plug and concave aspherical mirrors mounted coaxially with a common focus and the main flat swivel mirror, aspherical mirrors are made parabolic, and the optical system is equipped with an additional flat mirror that can be rotated together with the main plane mirror around the axis passing through the common focus of the parabolic mirrors and through the additional plane mirror so that the indicated axis, RMAL an additional plane mirror at its intersection with that axis, and the normal to the basic plane mirror lie in one plane. FIG. 1 is a schematic optical diagram of an optical system with a scanned field of view, side view i in FIG. 2 - the same, top view; in fig. 3 is a diagram illustrating the operation of the device. The optical system consists of a concave 1 and a convex 2 power reflecting components, which are aligned and have a common focus. Between the power reflecting components 1 and 2 there is a main flat swivel mirror 3. An additional flat mirror 4 is installed on the axis passing through the focus F with the possibility of joint rotation with the main flat mirror 3 around a common axis (Fig. 1 and 2). The optical system works as follows. The narrow, quasi-parallel laser beam is directed so that the axis of this beam passes through point F — the common focus of the concave 1 and the convex 2 power reflecting components. The beam is reflected by an additional mirror 4 and falls on the main pivoting mirror 3, after reflection from which falls on convex component 2, reflecting from which it diverges and falls on concave power component 1. After it, expanded and collimated, goes into space. When scanning, flat mirrors 3 and 4 are rotated together about an axis passing through point P and a flat mirror. In this case, the axial beam of the beam, reflected by a flat mirror 3, passes through the same point and intersects the surface of the power component 2 at point A (Fig. 3). Due to the properties of the parabolic reflecting surfaces of the Mersen scheme, the beam reflected by component 2 (whose focus is point F) runs parallel to the main optical axis and crosses component 1 at point B. After which the beam reflected by component 1 again passes through point F . Since the heights of points A and B above the main optical axis are the same (denoted by H), and the distances of points o and O from point IF are the main focal distances of components 1 and 2 (we denote them by f oiin turning the incoming beam the angle of the outgoing beam will rotate synchronously by the angle p 2acrtg-MSh-t. This is the coefficient of scanning accuracy K / 5 / ot. As you know, the Mersen diagram is local and has spheric aberration and astigmatism strictly corrected and the condition sinuses, i.e., the coma has also been corrected. The modified circuit in the optical system without the participation of any auxiliary optics converts a narrow beam in the image space into a wide space of objects, i.e. the collimation of the beam introduced into the system. The collimation coefficient is determined with the ratio of the width of the wide beam to the width of the narrow beam in the pupils optical system. Collimation is also used to improve scanning accuracy. When the narrow beam axis is tilted to the optical axis of the system, some angle of the wide beam axis is due to the reduced divergence , deviates by a smaller angle and the effect of the error of the device, zadakntsii tilt of a narrow beam, with a responsible decrease. In contrast to the prototype, the increase in scanning accuracy in this system depends on the parameters of the optical scheme (ratio of the foci of both power components), which allows increase the appropriate scanning accuracy achieved in the prototype. The uniform distribution of radiation density in the collimated band is ensured by the absence of spherical aberration, coma and astigmatism in the Mersen scheme. However, the latter are corrected strictly only in the case when the centers of the entrance and exit pupils coincide with the common focus of both power components. This determines the position of the axis of rotation of the narrow beam, which must pass through the center of the entrance or exit pupil. In optical systems of optoelectronic devices, the radiation source, when the device is transmitted to the transmission, or the radiation receiver, when operating at the reception, when working together, when performing scanning, must remain motionless. The fulfillment of this requirement is achieved by using two flat rotating mirrors, one of which intersects the rotating axis along which the narrow beam is initially directed, and this mirror is tilted in such a way that the narrow beam reflected from it hits the second flat mirror, in turn tilted in this way that the narrow beam reflected from it falls on the concave reflecting component, and the axis of this beam is directed to the common focus of the power components (see Fig. 1). Since the pivot axis itself also passes through this point, the segments of the narrow beam axis, enclosed between the focus and the mirrors and between the mirrors themselves, are the sides of a triangle, the sum of the angles of which is known to be 180, and the bisectors of the angles If normal to flat mirrors, they lie in the same plane. For example, in an optical system assembled according to this scheme, where a concave mirror has the parameters: R 6000 MM, F 300 mm, the convex mirror has the parameters: mm; , f 10 mm, the distance between parabolic mirrors is 2970 mm, the collimation coefficient is 100. To scan an optical angle of 5 9, A (ytiacTOK 1.5 km long at a distance of -1000 km), flat mirrors should turn to an angle of 8 ° 3525.2. In this device, the scanning accuracy is 22 times higher than in the known device. The use of the proposed optical system with a scanned field of view makes it possible to dramatically increase the resolution and long-range action of optical-electronic complexes when scanning inside small angles.

Claims (1)

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СО СКАНИ-. РУЕМЫМ ПОЛЕМ ЗРЕНИЯ, содержащая выпуклое и вогнутое асферические зеркала, «установленные соосно с общим фокусом, и основное плоское поворотное зеркало, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности сканирования при одновременной коллимации входного и выходного пучков, асферические зеркала выполнены параболическими, а оптическая система снабжена дополнительным плоским зерка лом, установленным с возможностью поворота совместно с основным плоским зеркалом вокруг оси, проходящей через общий фокус параболических зеркал и через дополнительное плоское зеркало так, что укзанная ось, нормаль к дополнительному плоскому зеркалу в точке его пересечения этой осью и нормаль к основному плоскому зеркалу лежат в одной плоскости.OPTICAL SYSTEM WITH SCAN-. A RIDDED VISION FIELD, containing convex and concave aspherical mirrors, "mounted coaxially with a common focus, and the main flat rotary mirror, characterized in that, in order to increase the scanning accuracy while collimating the input and output beams, the aspherical mirrors are made parabolic, and the optical system equipped with an additional flat mirror installed with the possibility of rotation together with the main flat mirror around an axis passing through the common focus of parabolic mirrors and through tional flat mirror so that to specify an axis normal to the additional plane mirror at the point of intersection of this axis and the normal to the main plane mirror lie in the same plane. фиг.1figure 1
SU833568050A 1983-03-24 1983-03-24 Optical system having scanned field of view SU1095123A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833568050A SU1095123A1 (en) 1983-03-24 1983-03-24 Optical system having scanned field of view

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833568050A SU1095123A1 (en) 1983-03-24 1983-03-24 Optical system having scanned field of view

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1095123A1 true SU1095123A1 (en) 1984-05-30

Family

ID=21055057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU833568050A SU1095123A1 (en) 1983-03-24 1983-03-24 Optical system having scanned field of view

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1095123A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4653880A (en) * 1985-03-01 1987-03-31 Spectra-Tech Inc. Reflective beam splitting objective

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Льюси, Питере и др. Точна лазернй автоматическЪ система слежени Л Зарубежна радиоэлектроника, 1967, № 1, с. 3-7. 2. Авторское свидетельство СССР № 492842, кл. С 02 В 17/08, 1974 (прототип). , *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4653880A (en) * 1985-03-01 1987-03-31 Spectra-Tech Inc. Reflective beam splitting objective

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4624528A (en) Scanning systems with polygon scanner having curved facets
US5689354A (en) Optical space communication apparatus
US5168386A (en) Flat field telecentric scanner
US5392149A (en) Polygonal mirror optical scanning system
USRE38165E1 (en) Laser scanning system with reflecting optics
US7059781B2 (en) Optical detection device and optical device
US4812613A (en) Beam guiding optical system for laser radiation
US4682842A (en) Scanning system with two reflections from scanning surface by mirrors with optical power
KR20200040288A (en) Transmission device with a scanning mirror covered by a collimating cover element
US4196961A (en) Optical apparatus for correcting the spherical aberration of a spherical concave mirror
US4691999A (en) Afocal beam expansion apparatus and method
US4883348A (en) Wide field optical system
EP0045138A1 (en) Infra-red optical system
US3873180A (en) Light beam scanning system with scan angle demagnification
US5115355A (en) Compact coude optics system
SU1095123A1 (en) Optical system having scanned field of view
EP0580407B1 (en) Small angle scanner
US4029389A (en) Radiation scanning system
US4504110A (en) Converging beam linear optical scanner
US4234240A (en) Optical scanning system with unwanted reflections controlled
US3473861A (en) Accidental-motion compensation for optical devices
JPH08152554A (en) Optical branching optical system
US2360298A (en) Optical system
US4209223A (en) Scanning device
US3464760A (en) Optical system with variable focal length