CC BY
107
УДК 681.7
ДВУХСПЕКТРАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ НАНОДРОНОВ
Марина Петровна Егоренко
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, старший преподаватель кафедры наносистем и оптотехники, тел. (383)343-91-11, e-mail: e_m_p@mail.ru
Рассчитана оптическая система, работающая в ультрафиолетовом и визуальном диапазонах спектра для получения комбинированного изображения, используя два спектральных диапазона одновременно.
Ключевые слова: ультрафиолетовый и визуальный диапазоны спектра, комбинированное изображение, двухспектральная оптическая система, решение задач наблюдения и разведки.
TWO SPECTRAL OPTICAL SYSTEM FOR NANODRONS
Marina P. Egorenko
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Senior lecturer, Department of Nanosystems and optics engineering, tel. (383)343-91-11, e-mail: e_m_p@mail.ru
The optical system working in the ultraviolet and visible wavelengths for obtaining the combined image is calculated, using two spectral ranges at the same time.
Key words: ultraviolet and visible spectral ranges, combined image, two spectral optical system, problem solving surveillance and reconnaissance.
Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) используются для решения самых разных задач в интересах военных и гражданских пользователей - для оперативного проведения аэрофотосъемки, радиовещания, поисково-спасательных работ, разведки и наблюдения, поддержания правопорядка и т. д. БПЛА отличаются большим разнообразием, их конструкция и размеры зависят от задач, для которых они предназначаются.
В последнее время повысился интерес к разработке сверхлегких БПЛА для решения задач наблюдения и разведки (рис. 1).
а) б)
Рис. 1. Нанодроны: а) PD-100 Black Hornet; б) вертолет-дрон Zano
Масса сверхлегких беспилотных летательных аппаратов достигает 50 - 100 г, поэтому объективы от общей массы должны занимать не более 1/4 веса аппарата, т.е. быть весом не более 15 - 25 г. Поэтому необходимо изготовление оптических систем из легких оптических материалов.
Рассчитанная оптическая система изготовлена из полистирола (ПС) - это один из легких полимеров (плотность - от 0,902 до 1,04 г/см3). Он прозрачен в ультрафиолете и видимом диапазонах спектра. Его показатель преломления 1,59 - 1,60 мкм.
Для расчета в ППП «7ешах» была выбрана многоспектральная зеркально-линзовая оптическая система (МЗЛО), выполненная из одного оптического материала, содержащая отражающие компоненты в виде линз Манжена и компенсаторы с положительной оптической силой в параллельном ходе лучей. В этом случае происходит частичная взаимная компенсация хроматических аберраций между компонентами. Для более полной компенсации аберраций в схему объектива после системы зеркал вводится дополнительный компенсатор из того же оптического материала (рис. 2).
Рис. 2. Двухспектральная зеркально-линзовая система: 1 - положительная линза, выполненная в виде мениска; 2 - отрицательный мениск (зеркало Манжена); 3 - зеркало с наружным отражением, совмещенное со второй поверхностью положительной линзы 1; 4 - компенсатор аберраций, выполненный расклеенным из отрицательной линзы, являющейся центральной частью отрицательного мениска 2; 5 - спектроде-лительное зеркало; 6 и 7 - линзы Пиацци-Смита
Предлагаемая оптическая система выполнена по патенту [1], теория расчета приведена в работах [2, 3]. Двухспектральная зеркально-линзовая система имеет единую оптическую ось, а разделение потока излучения по спектру производится перед фокальной плоскостью. Незначительная корректировка смещения фокальных плоскостей производится линзами Пиацци-Смита. Эта оптическая система позволяет получить изображение одного участка объекта в едином масштабе, но в разных спектральных диапазонах. Дальнейшая электронная
обработка изображений позволит получить комбинированное изображение ультрафиолетового и визуального диапазонов спектра.
Концентрация энергии в аберрационном кружке для ультрафиолетового диапазона спектра (ЛХ = 0,3 - 0,486 мкм) и для диапазона спектра (¿IX = 0,486 -0,555 мкм) приведены на рис. 3.
а)
б)
Рис. 3. Графики концентрации энергии в аберрационном пятне: а) ультрафиолетовый диапазон спектра (радиус пятна 5 мкм); б) диапазон спектра 0,4860,555 мкм (радиус пятна 5 мкм)
Рассчитанная система имеет следующие характеристики: Г = 10 мм, О/Г = 1:1,5, размер пикселя 0,005 мм.
Результаты моделирования показывают принципиальную возможность разработки единой оптической системы для ультрафиолетового и визуального диапазонов спектра. Разработка современной оптической элементной базы позволяет совершенствовать военные и гражданские технологии для наблюдения и разведки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Егоренко М. П., Ефремов В. С. Пат. № 98072 Российской Федерации на полезную модель МПК4002В 17/00; Двухспектральная зеркально-линзовая система; заявитель и патентообладатель Сибирская государственная геодезическая академия. -№ 2010108755/22(012273); заявл. 09.03.10; опубл.27.09.10.
2. Егоренко М. П. Расчет хроматизма увеличения многоспектрального зеркально-линзового объектива // Изв. вузов. Приборостроение. - 2007. - № 2. - С. 65-69.
3. Егоренко М. П., Ефремов В. С. Хроматические свойства зеркала Манжена в нескольких диапазонах спектра // Изв. вузов. Приборостроение. - 2009. - № 6. - С. 53-58.
© М. П. Егоренко, 2015
