Оптическая приемная система

Полезная модель относится к оптическим системам, и может быть использована в системах оптической связи и управления. Система содержит поляризационный блок, амплитудное пропускание которого уменьшается от центра к краям, и объектив. Поляризационный блок состоит из радиальных поляризаторов и размещенного между ними преобразователя поляризации, выполненного в виде плоскопараллельной пластины из оптически активного вещества с конусообразной выемкой, заполненной изотропным материалом, показатель преломления которого равен показателю преломления оптически активного вещества. Преобразователь поляризации поворачивает плоскость линейной поляризации каждого луча радиально поляризованного в поляризаторе пучка на угол, пропорциональный расстоянию от этого луча до оси пучка. Далее излучение поступает на второй радиальный поляризатор, пропускание которого спадает от центра к краям по закону квадрата косинуса, благодаря чему размер пятна в задней фокальной плоскости объектива уменьшается примерно в 3 раза.. Ил.6.

Полезна модель относится; к системам оптической связи и может быть использована в системах оптической связи и управления, характеризующихся повышенной разрешающей способностью.

Известна приемная оптическая система. Лазеров Л.П. Инфракрасные и световые приборы самонаведения и наведения летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1976, с.290-306.

Система состоит из поляризационного блока, включающего два поляризатора, амплитудное пропускание которого уменьшается от центра к краям, и объектива.

Недостатком прототипа является низкая точность устройств, анализирующих смещение изображения объекта в фокальной плоскости.

Целью полезной модели является - увеличение разрешающей способности приемной оптической системы и, как следствие, повышение точности устройств, анализирующих смещение изображения объекта в фокальной плоскости.

На фиг.1 представлена схема оптической приемной системы; на фиг.2 - радиальный поляризатор; на фиг.3 - поляризационная структура излучения на выходе радиального поляризатора; на фиг.4 - поляризационная структура излучения на выходе преобразователя поляризации; на фиг.5 - преобразователь поляризации, разрез; на фиг.6 - график распределения интенсивности излучения в пятне рассеяния до (пунктирная линия) и после (сплошная линия) введения оптического поляризационного блока.

Оптическая приемная система содержит поляризационный блок 1, амплитудное пропускание которого уменьшается от центра к краям, и объектив 2. Поляризационный блок 1, в свою очередь, состоит из радиального поляризатора 3, преобразователя 4 поляризации и радиального поляризатора 5.

Поляризационный блок 1 осуществляет преобразование распределения интенсивности по сечению принимаемого пучка излучения. Объектив 2 предназначен для фокусировки принимаемого излучения на фотоприемнике. Направления пропускания поляризатора 3 ориентированы вдоль радиусов поляризатора (фиг.2), и он осуществляет радиальную поляризацию падающего излучения. Для изготовления такого поляризатора может быть использована технология изготовления поляроидов: на пленку из поливинилового спитра наносят слой кристаллов иоданта калия, характеризующегося дихроичными свойствами, и затем пленку равномерно растягивают во всех радиальных направлениях, в результате чего дихроичные кристаллы иоданта калия ориентируются в этих направлениях. Таким образом, ориентированные кристаллы иоданта калия поглощают азимутальную компоненту электрического поля проходящего оптического излучения и пропускают радиальную компоненту. Поляризационная, структура излучения, прошедшего через радиальный поляризатор 2, представлена на фиг.3. Преобразователь 4 поляризации преобразует радиальную поляризацию излучения, показанную на фиг.3, в поляризацию, изображенную на фиг.4. Последняя отличается от поляризации, показанной на фиг.3, тем, что направление линейной радиальной поляризации каждого луча в пучке поворачивается на определенный угол, причем угол поворота (азимут) линейной поляризации тем больше, чем дальше луч отстоит от центра (оси) пучка.. Преобразователь поляризации представляет собой пластинку из оптически активного вещества с конусообразной (воронкообразной, сферической) выемкой (фиг.5). Для того, чтобы лучи не испытывали преломления и отклонения при прохождении через конусную поверхность преобразователя 4 поляризации и не создавали продольную аберрацию, конусная выемка заполняется изотропным веществом, не обладающим оптической активностью, но с аналогичным показателем преломления, что и у оптически активного вещества. Угол поворота плоскости поляризации луча, распространяющегося в оптически активном веществе, равен длине пути, который проходит луч, умноженный на коэффициент, определяемый вращательной способностью используемого оптически активного вещества. Очевидно, что длина пути луча в активном веществе преобразователя 4 пропорциональна расстоянию луча от оси пучка (оси конуса).

Оптическая приемная система работает следующим образом. Падающее излучение поляризуется радиальным поляризатором 3 так, что каждый луч пучка излучения, является линейно поляризованным в радиальном направлении. Преобразователь 4 поляризации поворачивает плоскость линейной поляризации каждого луча радиально поляризованного пучка на угол, пропорциональный расстоянию этого луча от оси пучка. Далее излучение поступает на второй радиальный пляризатор 5, пропускание которого в каждой точке с радиальной координатой r пропорционально cos ²(ar). В результате распределение интенсивности излучения в поперечном сечении пучка на выходе оптического поляризационного блока 1 имеет вид F(r)cos²(ar), где F(r) - распределение интенсивности на выходе поляризационного блока 1. Затем излучение поступает на объектив 2 и фокусируется на приемной площадке фотоприемника. Распределение освещенности в пятне рассеяния приемной оптической системы имеет вид (r)×cos²(ar), где (r) - функция рассеяния точки для объектива 2. Функция рассеяния точки реальных объективов обычно аппроксимируется косинусной функцией cos(r/b), (r)b/r, где b - ширина пятна рассеяния. Выбирая параметр а достаточно; большим, можно уменьшить ширину функции точки рассеяния оптической приемной системы и тем самым повысить ее разрешающую способность. На фиг.6 приведена функция рассеяния точки объектива 2, описываемая выражением {r)=cos(r/b-b/rrb/r (пунктирная линия), и функция рассеяния точки приемной оптической системы, имеющей поляризационный блок и а=3(/b) (сплошная линия). Видно, что ширина функции рассеяния точки, определяющая разрешение оптической приемной системы, уменьшается, те. разрешение объектива возрастает. Величина увеличения разрешающей способности зависит от выбора параметра а и может меняться в больших пределах. Ограничивающим фактором является уменьшение энергии принимаемого излучения при возрастании параметра а и увеличение энергии во вторичных максимумах (дифракционных полосах) функции cos(r/b)×cos²(ar).

Если обозначать через m принятый максимально допустимый уровень вторичных максимумов, то ширина /а центрального пятна по нулевому уровню, определяющая разрешающую способность оптической приемной системы, выражается следующим образом через параметр b объектива 2: /a=(b/)arcosm. Обычно m=0,5. В этом случае /а=b/3, т.е. разрешающая способность приемной оптической системы при наличии поляризационного блока увеличивается в три раза.

Оптическая приемная система, состоящая из поляризационного блока, включающего два поляризатора, амплитудное пропускание которого уменьшается от центра к краям, и объектива, отличающаяся тем, что в поляризационный блок введен преобразователь поляризации, установленный между поляризаторами, при этом поляризаторы выполнены радиальными, а преобразователь поляризации выполнен в виде плоскопараллельной пластины из оптически активного вещества с конусообразной выемкой, заполненной изотропным материалом, показатель преломления которого равен показателю преломления оптически активного вещества.