панорамная зеркально-линзовая система с видеокамерой

Формула изобретения

Панорамная зеркально-линзовая система с видеокамерой, содержащая расположенные по ходу лучей из пространства предметов на одной оптической оси два компонента и видеокамеру, причем первый компонент по ходу лучей из пространства предметов выполнен в виде линзы с выпуклой отрицательной зеркальной поверхностью и прозрачной центральной зоной, а видеокамера расположена за первым компонентом, отличающаяся тем, что два вышеуказанных компонента образуют зеркально-линзовую телескопическую систему, причем второй компонент по ходу лучей из пространства предметов выполнен в виде линзы с положительной зеркальной поверхностью и обращен к первому компоненту вогнутой прозрачной поверхностью, выходной зрачок вышеуказанной зеркально-линзовой телескопической системы совпадает с входным зрачком объектива видеокамеры, кроме того, фокусное расстояние второго компонента определяется по формуле

f₂'=(1/2)R ₁ ,

где R₁ - радиус выпуклой зеркальной поверхности первого компонента; а - увеличение телескопической системы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к панорамным зеркально-линзовым системам, и может быть использована, например, в охранных системах наблюдения.

Известен панорамный зеркально-линзовый объектив [1], работающий без видеокамеры и содержащий расположенные на одной оптической оси две склеенные между собой толстые зеркальные линзы. Причем первая линза имеет вогнутую (положительную) зеркальную поверхность, а вторая линза имеет выпуклую (отрицательную) зеркальную асферическую поверхность.

Недостатком такого объектива является большой хроматизм изображения вследствие большой оптической длины пути в линзах и сложность конструкции из-за наличия асферической поверхности. Кроме этого, для использования объектива совместно с видеокамерой требуется дополнительная оптическая система, переносящая изображение из фокальной плоскости объектива в плоскость ПЗС-матрицы.

Наиболее близкой по своей сущности к предлагаемому техническому решению является панорамная зеркально-линзовая система с видеокамерой [2].

Известная панорамная зеркально-линзовая система с видеокамерой содержит расположенные по ходу лучей из пространства предметов на одной оптической оси зеркально-линзовую телескопическую систему из двух компонентов и видеокамеру, первый компонент по ходу лучей выполнен в виде положительной линзы с выпуклой (отрицательной) зеркальной поверхностью и прозрачной центральной зоной, второй компонент выполнен в виде отрицательной линзы с вогнутой (положительной) зеркальной поверхностью, обращенной к выпуклой зеркальной поверхности первого компонента, а выходной зрачок зеркальной телескопической системы совпадает с входным зрачком объектива видеокамеры, которая расположена за компонентом с выпуклой зеркальной поверхностью (см. фиг.1).

Упрощенный вариант известной системы представлен на фиг.2.

Известная система работает следующим образом.

Излучение от объектов попадает на выпуклую зеркальную поверхность, отражается от нее, попадает на вогнутую зеркальную поверхность, отражается от нее и через прозрачную центральную зону компонента с выпуклой зеркальной поверхностью попадает во входной зрачок объектива видеокамеры.

Основные аберрации вносит выпуклая зеркальная поверхность, т.к. ее радиус кривизны в несколько раз меньше радиуса кривизны вогнутой зеркальной поверхности.

Поэтому для улучшения качества изображения выпуклая зеркальная поверхность в известном устройстве выполнена гиперболической.

Недостатком известной системы является сложность конструкции из-за наличия асферической (гиперболической) зеркальной поверхности. При выполнении этой поверхности сферической формы качество изображения существенно ухудшается.

Для решения задачи устранения указанного недостатка в панорамной зеркально-линзовой системе с видеокамерой, содержащей расположенные по ходу лучей из пространства объектов на одной оптической оси зеркальную телескопическую систему из двух зеркальных компонентов и видеокамеру, первый компонент выполнен в виде линзы с выпуклой (отрицательной) зеркальной поверхностью и прозрачной центральной зоной, второй компонент выполнен в виде линзы с вогнутой (положительной) зеркальной поверхностью, а выходной зрачок зеркальной телескопической системы совпадает с входным зрачком объектива видеокамеры, которая расположена за компонентом с выпуклой зеркальной поверхностью, второй компонент обращен к первому компоненту прозрачной поверхностью (см. фиг.3).

Сущность предлагаемого изобретения раскрыта на фиг.3

Предлагаемая система работает следующим образом.

Излучение от объектов попадает на выпуклую зеркальную поверхность первого компонента, отражается от нее, попадает на прозрачную поверхность второго компонента, преломляется на ней и попадает на его вогнутую зеркальную поверхность, отражается от нее и после выхода из второго компонента проходит через прозрачную центральную зону первого компонента и попадает во входной зрачок объектива видеокамеры.

Обращение второго компонента к первому прозрачной поверхностью позволяет использовать коррекционные возможности линзы второго компонента и улучшить качество изображения системы.

Для подтверждения положительного эффекта от предлагаемого изобретения был проведен аберрационный расчет известной и предлагаемой систем.

Расчеты систем проводились в обратном ходе лучей на базе сферических зеркальных поверхностей для в видимого диапазона длин волн 0,45 мкм; 0,55 мкм; 0,65 мкм. Угловое поле зрения по углу места составляет 60°, а по азимуту - 360°.

Для известной системы расчет проводился для упрощенный схемы со сферическими поверхностями (фиг.2) при следующих конструктивных параметрах:

На фиг.4 представлены форма и размеры пятна рассеяния, полученные в обратном ходе лучей на расстоянии 1000 мм для известной системы. Из фиг.4 видно, что на расстоянии 1000 мм размер пятна рассеяния составляет приблизительно 20 мм.

Предлагаемая система (фиг.3) с приблизительно такими же габаритами, как и у известной системы, имеет следующие конструктивные параметры:

На фиг.5 представлены форма и размеры пятна рассеяния, полученные в обратном ходе лучей на расстоянии 1000 мм для известной системы.

Из фиг.5 видно, что на расстоянии 1000 мм размер пятна рассеяния для предлагаемой системы менее 10 мм, что вдвое меньше, чем для известной системы.

Таким образом, разрешающая способность системы вдвое лучше, чем в прототипе при тех же габаритах.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. US 5473474 (05.12.1995). Аналог.

2. WO 2004051340 (17.06.2004). Прототип.