CC BY
8
УДК 681.7
ДВУХСПЕКТРАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВИДЕОКАМЕР НАНОДРОНОВ-КВАДРОКОПТЕРОВ
Марина Петровна Егоренко
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, старший преподаватель кафедры фотоники и приборостроения, тел. (383)343-91-11, e-mail: e_m_p@mail.ru
Виктор Сергеевич Ефремов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры фотоники и приборостроения, тел. (383)343-91-11, e-mail: ews49@mail.ru
Рассчитана оптическая система, которая работает в двух диапазонах спектра (ультрафиолетовом и визуальном) для получения комбинированного изображенияодновременно в этих двух диапазонах.
Ключевые слова: нанодрон-квадрокоптер, ультрафиолетовый и визуальный диапазоны спектра, комбинированное изображение, двухдиапазонная оптическая система, решение задач тактической разведки.
TWO-SPECTRAL OPTICAL SYSTEM
FOR VIDEO CAMERAS NANODRONS-QUADCOPTERS
Marina P. Egorenko
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Senior lecturer, Department of Photonics and Instrumentation, phone: (383)343-91-11, e-mail: e_m_p@mail.ru
Viktor S. Efremov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Associate Professor of the Department of Photonics and Instrumentation, phone: (383)343-91-11, e-mail: ews49@mail
An optical system that operates in two spectral bands (ultra violet and visual) to produce a combined image simultaneously in these two bands is calculated.
Key words: nanodron-quadcopter, ultraviolet and visible spectral ranges, combined image, dual band optical system, solution of tasks of tactical intelligence.
Нанодроны - квадрокоптеры используют сотрудники военных и гражданских организаций для мониторинга оперативной аэрофотосъемки, радиовещания, поисково-спасательных работ, тактической разведки, поддержания правопорядка и других задач.
В последние годы уделяется большое внимание модернизации сверхлегких квадрокоптеров, используемых в интересах тактической разведки (рис. 1) [1-3].
Рис.1. Нанодрон РБ-100 Б1аекИогпе1
Масса сверхлегких квадрокоптеров не превышает 50-100 г. Исходя из этого, масса объектива не должна составлять более 1/4 массы всего нанодрона, т.е. быть не более 15-25 г. Поэтому, для изготовления оптических деталей объектива необходимо использовать оптические материалы с наименьшей удельной плотностью.
Рассчитанная оптическая система выполнена из пластика марки ПС -это сверхлегкий полимер (плотность - от 0,902 до 1,04 г/см3). Пластик прозрачен в ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектра. Показатель преломления материала п = 1,59 ^ 1,60[4].
Для моделирования оптической системы в пакете прикладных программ «7ешах» была выбрана оптическая схема двух спектральной зеркально-линзовой системы [5]. В этой системе происходит частичная взаимная компенсация хроматических аберраций между положительной линзой 1 и зеркалом Манжена 2. Для более полной компенсации аберраций в схему объектива после системы зеркал вводится дополнительный компенсатор 4-6 (или 4-7) из того же оптического материала (рис. 2).
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 - спектроделительное зеркало; 6 и 7 - линзы Пиацци-Смита
Рис. 2. Двухдиапазонная зеркально-линзовая система:
Методика расчета приведена в работах [6, 7]. Качество изображения оптической системы в двух спектральных диапазонах может характеризовать концентрация энергии в пикселе ФПУ размером 4*4 мкм для ультрафиолетового диапазона спектра (41=0,3-0,486 мкм) и для визуального диапазона спектра (^=0,486-0,555 мкм) приведены на рис. 3.
a^uiv.? "^Д! сеттршш in
а)
б)
Рис. 3. Графики концентрации энергии в пикселе 4*4 мкм: а) ультрафиолетовый диапазон спектра; б) визуальный диапазон спектра
Разработанная система имеет следующие оптические характеристики: f = 10 мм, D/f' = 1:1,5, угол поля зрения 10°, размер пиксела ПЗС матрицы 4^4 мкм.
Дальнейшая оптимизация электронной обработки изображений позволит получить комбинированное изображение двух диапазонов спектра: ультрафиолетового и визуального.
В заключении следует отметить, что результаты моделирования единой оптической системы для ультрафиолетового и визуального диапазонов спектра показывают принципиальную возможность разработки объективов видеокамер нанодронов для систем мониторинга.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. PD-100 BlackHornet [Электронный ресурс] / Режим доступа : http://www.popmech.ru/images/upload/article/hornet_1360070424_full.jpg
2. Zano [Электронный ресурс] / Режим доступа : https://appstudio.org/accessories/zano-megapopulyarnyj-nano-dron.html
3. [Электронный ресурс] / Режим доступа : https://rc-like.ru/kvadrokopter-hubsan-h111d-fpv.
4. MoriakiWakaki, KeieiKudo, TakehisaThibuya. Physical Properties and Data of Optical Materials [Электронная книга] : CRC Press, 2007. - 576 с.
5. Егоренко М. П., Ефремов В. С. Пат. № 98072 Российской Федерации на полезную модель MnK4G02B 17/00; Двухспектральная зеркально-линзовая система; заявитель и патенто-
обладатель Сибирская государственная геодезическая академия. - № 2010108755/22(012273); заявл. 09.03.10; опубл.27.09.10.
6. Егоренко М. П. Расчет хроматизма увеличения многоспектрального зеркально-линзового объектива // Изв. вузов. Приборостроение. - 2007. - № 2. - С. 65-69.
7. 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, В. С. Ефремов, 2018
