Оптическая система для зондирования атмосферы

)З Гт 01 М 1/00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Инстйтут. оптики атмосферы . а дйаиетр диафрагмы приэтом равенСибирского отделения АН СССР(56) Авторское свкретельство СССР ., ь )гв=в,ь,=т)г:гьйь+ь,")+греть,с,Мв 3724 б 0, кл. С 01 М 1/00, 1972."Известия АЙ СССР"; "Физика атмо- . где Э - диаметр приемного объексФеры и океана", т. 6, Мв 9, 1970,: . тива;с, 889-899. :.. : ,Г - Фокусное расстояние прием(54)(57) ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЗОН-;: ного объектива;ДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, содержащая ис- ": В - расстояние межру оптичесточйик йаправглейного излучения и при- .кими осямиприемного объек:, емноеустройство с объективом, поле-.,; тива и истоцнйкгаизлучениявой диафрагмой, установленной со сме- , в месте их установки;шением относительно оптической осиЭ - диаметр луца-на- выходе ис- фприемного устройства, а также све-: точника излучения;тофильтрамии Фотодетектором, о т-9 - угол расходимости излучел й ц а ю щ а я с я тем, что, с .ния источника;целью -увеличения отнощения сигнал/ : . ь - начальная дальность эонди/шум, в ней полевая диафрагма размЬ- : -" . романия, "Бщена эа Фокс альйой плоскостью объек- . - Ь, - максимальная дальностьтива на расстоянии, равном "." зондированйя. :О Изобретение относится к технике оптического эондйроеания атмосферы и может.быть применено в лазерных локаторах и лидарах.Йзвестйй оптические системы для ЗОНдИрОВаНИя ПФОтг яжвг ННЫХ Срвд. СОВ- мещенного типа, содержащие источник напраеленйого излучения и приемйый объектив,.оптичес)кие оси которых совмещенй.(ЛИзвестны также оптицеские системыдля зондирования разнесенного типа,, вкоторых источник направленного из- флучения расйоложен рядом с приемным. объективом, а их оптические оси лежатв одной плоскости параллельно или: под некоторым углом друг к другу,В Фокальной плоскости приемного объектива любого типа системы установлена полеаая диафрагма, за которойпомещены светофильтры и Фоторетектор.В процессе зондирования посылаемое перератчиком излучение рассеивается в среде на различных расстояниях от лидара. Приходящее на приемный объектив рассеянное излучениесозрает изображение рассеивающегообъема. 8 зависимости от дальностидо зондируемого объема его изображение оказывается смещенным вдоль оптической оси объектива за Фокальнуюплоскость, в которой установлена полевая риафрагма, на различную величину, Не совпадение положения изоб-раженйя с плоскостью установки полевой диафрагмы приводит к тому, чтона диафрагме изображенйе окаЪВвается реАокусированным и за счет этогоииеет .больший размер. Причем, чемближе находится от лирара рассеивавщий объем, " тем значительнее деФокусировка увеличивает размеры пятна освещения диаФрагмы прйходящим:на объектив рассеянным потоком,Поскольку обычно обрабатывают тесигналы с Фотодетектора, которыевызваныневиньетйруемымипотоками,торля зондирования областей, близкорасположенных к лидару, увелйцйва"ют диаметр полевой риафрагмы, Помере удаления зондируемого объемаразмер его изображения-Й"смещенияот Фокальной плоскости уменьшаетсяи полезный поток прохорит "тб)тько через часть площади полевой диафрагмы.Если зондирование проводится"в" присутствии Внешних источников излучений, то Увеличение размеров диафраг - мы и, следовательно, углайоля зрения приемного объектива ведет к возрастанию потока помехи на Фотодетекторе.Возрастание помехи уменьшает отношение сигнал/шум, что йриворитк ограничению дайьйости зонрирова"ния, поскольку величина -сигналаостается неизменной (не зависит отдиаметра диафрагмы),Известна также оптическая система длязондирования, содержащая импульсный лазерный йерератчик направленного. излучения и расположенныйна близком расстоянии от него приемный линзовый объектив, в фокальнойплоскостй которого центрировано относительно оптической оси установле" 73015 4на полевая диафрагма с расположенными за ней светофильтрами и Фотодетектором (Фотоэлектронным умножителем), Передатчик . излучения и приемный объектив устанавливались так,что их оптические оси могли либопересекаться, либо не пересекатьсяв зондируемой среде,10 Однако этому устройству такжесвойственны указанные выше неростатки.Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум.15 Рля этой цели в приемном устройст ве полевая дйафрагма устанавливаетсяза Фокальной плоскостью объекти-ва на расстоянии, равномэм (ь +ь)-(гв-эо) (ью-ьр) , гтЪтЬф тв (Ь+Ьф)+(2 В ф) (т -т) а диаметр диафрагмы при этом выбранравным25 Г (гв+в.) (ь,-ь.)+в (ь,+т,.)+г о т., тт) ,м: ю а. т.щ. чРе.ют., щ. щв ,. е.ма 1, (гв-.в,) (ь,-ь,)- т)(ь +ь.)+л.ь 1 ьо 1где Г - Фокусное расстояние приемногообъектйва;Р - лиаметр приемного объектиВа,фВ - расстоянйе между оптическимиосями приемного объектива.и источника излучения в местеих установки;1) - Яйаметр луча на выходе источника;9 - угол Расходимости излученияисточника;40 Ь - начальная дальность зондирования; .Ь, - максимальная дальность зондирования,Смещение полевой диафрагмы за Фокальную поверхность объектива, ближек плоскости положения изображениярассеивающего объема, находящегосяна начальной дальностй зондирования,сопровождается уменьшением дефокусировки. И та же время для рассеивающих объемов, находящихся на мак"симальной дальности зондирования,дефокусировка увеличивается. Однакообщая величина дефокусировок такова,что она позволяет уменьшить диаметрполевой диафрагмы,уменьшение диаметра полевой диаФрагмы приводит к снижению уровняпомехи и увеличению отношения сиг5 б 73015 6нал/шум. Это позволяет увеличить стояний до рассеивающего объема придальность зондирования в присутствии ведет к тому, что изображение окавнешних Фонов с одновременным сохра- жется сформированным до плоскости нением начальной ральности зондиро- диафрагмы и на последнюю будет при 5ч м вания. ходить расходящиися пучок лучеи.На чертеже изображена схема опти- Орнако все они без ограничения пройческой системы для зондирования раз- дут за нее, поскольку вписываются несенного типа. в размеры риафрагмы. Поток. рассеянОптическая система включает ис ного излучения, поступающий с преточник направленного излучения 1, дельной дальности. зондирования Ь, расположеннцй рядом приемный объ- . также дефокусирован в плоскости полеектив 2, изображенный в виде линзы вой диафрагмы, но окружность, его с полевой диафрагмой 3, светофильт-ограничивающая, вписывается в нее и рами. 1 и Фоторетектором 5. Оптичес-. 15 касается противоположного, чем ракие оси передатчика излучения 00 . . нее, края диафрагмы. Если бы прием и приемного объектива 0 0 располо- потоков велся с еще больших расстояжены в орной плоскости и могут быть. ний, чем Т то имело бы место винье- параллельными, или образовывать между тирование.собой некоторый угол Ц), Полеввя диа" 2 О Таким образом, потоки, создающие фрагма 3 установлена за Фокальной . полезный сйгнал "Фотодетектора, прохоплоскостью объектива Р на расстояниидят через полевую риаФрагму без винье" от нее, Причем ее центр смещен от оп-тирования во всем диапазоне зонди-тической оси перератчика излучения и руемых дальностей, а за счет умень- приемного объектива,25 шения ее размеров снижен уровень Фо"Система для зондирования разне-новой помехи. сенного типа (В Ф 0) работает сле-работу оптической системы для зон" дующим образом, ":.:.дирования совмец 1 енного типа можноПри посцлке излучения в зондируе- пояснить на следующем примере (В 0), мую зону происходит его рассеяние .ЗОпо трассе на веществе среды. Посту-., Поскольку оптические оси источни-пающий на приемный объект рассеянный ка направленного излученйя и прием- поток создает изображение сопряжен- ного объектива совмещены, то рассеиного рассеивающего объема. Еслй этотвающий объем и его изображение не" рассеивающий объем находится от ли- З 5 зависимо от дальности остаются цент". дара на расстоянии, равном начальной рированными относительно оси объекдальности зондирования, то изображе- тива, Величины смещений изображений ние его сФормировано за Фокальной от Фокальной поверхности сопряжен- плоскостью объектива и за плоско- ных рассеивающих объемов, находящих- стью установки полевой диафрагмь.40 ся на различных дальностях, равны К плоскости диаФрагмы изображение . смещениям в системе разнесенного тирасположено ближе и поэтому деФоку- . па, если. в системах используют объек" сировка меньше увеличивает ту пло- . тивы с одинаковыми фокусными расстоя-" щадь, через которую в риафрагме про- ниями.ходит Формирующий изображение поток. 45 Поэтому поток от рассеивающего Окружность, ограничивающая область . объема, нахорящегося на начальной прохождения потока через полевую .: дальности зондирования, в плоскости , диаФРагму, заполняет часть диафраг . полевой диаФрагмц из-за дефокусировмц и касается орного ее края. Потоки, ки расширен и заполняет всю площадь поступающие на объектив йз рассеиваю диаФрагмы. По мере удаления рассеищих объемов, расположенных на рассто" вающего объема плоскость изображе.яниях ближе, чем начало зондирова- ния приближается к плоскости устания 1., будут виньетироваться поле- новки диафрагмы и поток заполняет вой диафрагмой. С увеличением рас-. только ее центральную часть. Для стояний изображение рассеивающего ф; рассеивающего объема, находящегося объема приближается к Фокальной по- на максимальной дальности зондироваверхности и для какого-то расстоя- ния, его изображение Формируется до ния совпадает с плоскостью установки плоскости установки диаФрагмы и на диаФрагмы. Дальнейшее увеличение рас- последнюю вновь поступает расходящий,ся иоокааоблняя йолйытье плоарьии Раэиераж а сравнении с теми,диаФрагии, такии образои, в оптичес-, . когда диаФрагиа установлена в Фо-,КОй СИСТ 6 И 6 СОВИ 6 ЩЕННОГО тИПа С ПОЛ 1 с, КаЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ В 6 Детсй НЕВИНЬ 6.вой диабре)гмой, установленной за Фо" 5 тируемый йрией потоков во всеи диакальной ейскостыв, и с уиеньиенны- , пазоне зондиРуеиых лальйостей,с с с сстфЪ 4, сс,вС.сссс .1 .1 Сс 14 ) сАс с ,4 Ч., с., , .с с с. с с) Веюю ВНИИПИ Государственного 1 1 ЗОЗ ар 4 в) ю а ю.еа ав ФФ ВГ В ю ю мв юв Фв Фв ю ю ав ю Фе ае Производственно-издате,сг4 ФРЕ)ДаК)т)ОР 0.АИЛйпсе е ю ю 4 в ав е й йв е Юе в ае йв ю юЗаказ 1093 Г4ова Техред Й.НоРг)Енталторректор Н. Гуньскою ев вв ю еею ю,ючв вв е вв ю е а вюав ей 4 ваеювееюсеювваеавеке еввю йюю М:аьююм,ю ю ю ю,Тисрей:- :. Полисное,комитета по изоб)реФенили и "откр)ытияипри ГКНТ5, Иоск)ва, Ж, Рауаская наб., д. 4/5фЮ Вв аа Ю Е аа ВВ МЕ Е)4 Е фЕВ М Е Ю а Ф ав Ю Е Ю ВВ Ю Ю Е аЮ ЕВ ЕЕ Ю Ю Е Е ЕВ В Ю ав Е ЮЕ Ю Ю Ю ЕЮ ВЕ Ю сальский коисби)нат "Патент", г". Ужгород, ул,