CC BY
9
УДК 681.7
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ В ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ДЛЯ ВИДЕОКАМЕР НАНОДРОНОВ
Марина Петровна Егоренко
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, ст. 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
Для получения комбинированного изображения, рассчитана оптическая система, работающая в трех диапазонах спектра одновременно: ультрафиолетовый, визуальный, ближний инфракрасный. Для повышения коррекционных возможностей оптической системы использованы оптические жидкости между линзовыми и зеркально-линзовыми компонентами.
Ключевые слова: ультрафиолетовый, визуальный и ближний инфракрасный диапазоны спектра, комбинированное изображение, многодиапазонная оптическая система, решение задач наблюдения и разведки, оптические жидкости.
THE POSSIBILITY OF APPLICATION OF LIQUIDS IN OPTICAL SYSTEMS FOR CAMERAS ANDRONOV
Marina P. Egorenko
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Senior lecturer, Department of Photonics and Device Engineering, 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, Department of Photonics and Device Engineering, phone: (383)343-91-11, e-mail: ews49@mail
To obtain a combined image, an optical system is calculated, operating in three spectral ranges simultaneously: ultraviolet, visual, near infrared. Optical liquids between lens and mirror-lens components were used to improve the correction capabilities of the optical system.
Key words: ultraviolet, visual and near infrared spectral ranges, combined image, multi-band optical system, solution of observation and reconnaissance tasks, optical liquids.
Нанодроны - беспилотные летательные аппараты (БПЛА) используются для решения 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 процессе разработки и модернизации сверхлегких беспилотных летательных аппаратов произошло функциональное разделение видеокамер на БРУ - камеры, выполняющие задачи управления полетом (навигации), и наблюдательные, выполняющие задачи мониторинга и разведки.
Разработка оптической системы видеокамеры нанодрона проводилась для задач тактической разведки, поэтому важным было получить максимальное разрешение на дистанциях до 100 м при минимальных габаритах видеокамеры.
Масса сверхлегких беспилотных летательных аппаратов не превышает 50-100 г. Исходя из этого, масса объектива не должна превышать более 1/4 массы всего БПЛА, т.е. быть не более 10-20 гг. Поэтому, для изготовления оптических деталей необходимо выбирать оптические материалы с наименьшей удельной плотностью.
Одним из таких оптических материалов является полистирол (ПС) - это один из легких полимеров (плотность -от 0,902 до 1,04 г/см3). Он прозрачен в ультрафиолете, видимом и ближнем инфракрасном (ИК) диапазонах спектра. Его показатель преломления 1,59 - 1,60[1].
Основная цель работы состояла в увеличении угла поля зрения оптической системы. Для этого требовалось увеличение коррекционных параметров объектива. Увеличение коррекционных параметров обеспечило заполнение пространства между линзовыми и зеркально-линзовыми компонентами оптической жидкостью с разными показателями преломления (таблица) [2].
Некоторые свойства оптических жидкостей
Пространство между компонентами Шифр жидкости По
1 - 2, 2 -3, 3 - 4 Оа^Ше Б1050 67% 1,4000 52
4 - 5 0а^Ше81050 73% 1,4250 54
Для моделирования в пакете оптических программ «7ешах» была выбрана многодиапазонная зеркально-линзовая оптическая система (МЗЛО), выполненная из одного оптического материала [3]. Методика расчета приведена в работах [4, 5].
Исходная оптическая система имела следующие характеристики: / = 10 мм, Б//' = 1:1,5, угол поля зрения 5°, размер пиксела матрицы 4*4 мкм.
После компьютерного моделирования была получена оптическая система, представленная на рис. 1.
Качество изображения, характеризуемое концентрацией энергии в пикселе ПЗС матрицы размером 4*4 мкм для ультрафиолетового и видимого диапазонов спектра (4^=0,365-0,656 мкм) и для ближнего инфракрасного диапазона спектра (^=0,589-0,9 мкм) приведено на рис. 2.
Рис. 1. Многодиапазонный зеркально-линзовый объектив: 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 полевых аберраций - линза Пиацци-Смита
7 10 ОЕС 12.00 0ЕС
1 . □□□
Е?Н0И15 ЕРОМ СЕМТЕЮМ 1М с-^
а)
1 ,000
ЙП01и5 Р130М СЕКТОЮ 1Ы цса.
б)
Рис. 2. Графики концентрации энергии в пикселе 4*4 мкм:
а) ультрафиолетовый и видимый диапазон спектра; б) ближний инфракрасный диапазон спектра
Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики: / = 10 мм, О//' = 1:1,5, угол поля зрения 24°,в пикселе матричного фотоприемного устройства 4*4 мкм концентрируется до 80 % энергии.
В результате компьютерного моделирования объектива для ультрафиолетового, визуального и ближнего ИК-диапазонов спектра с заполнением пространства между линзами оптическими жидкостями удалось увеличить угол поля зрения до 24 градусов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Bäumer Stefan, Handbook of Plastic Optics, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2005, s.189.
2. Marvin J. W., Handbook of Optical Materials / Marvin J. Weber - CRC PRESS - 2003.
3. Егоренко М. П., Ефремов В. С. Пат. № 98072 Российской Федерации на полезную модель MnK4G02B 17/00; Двухспектральная зеркально-линзовая система; заявитель и патентообладатель Сибирская государственная геодезическая академия. - № 2010108755/22(012273); заявл. 09.03.10; опубл.27.09.10.
4. Егоренко М. П. Расчет хроматизма увеличения многоспектрального зеркально-линзового объектива // Изв. вузов. Приборостроение. - 2007. - № 2. - С. 65-69.
5. 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
