Телескоп с дискретным изменением увеличения для дальней ик-области спектра
Владельцы патента RU 2349942:
Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" (RU)
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к телескопическим системам наблюдательных приборов для инфракрасной области спектра длин волн с дискретным изменением увеличения. Технический результат - повышение технологичности за счет уменьшения количества асферических поверхностей, повышение светосилы телескопа и уменьшение эффекта «нарцисса» при сохранении высокого качества изображения. Телескоп содержит объектив и окуляр. Объектив состоит из трех положительных компонентов. Первый компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Второй компонент состоит из двояковогнутой линзы, плоско-выпуклой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету. Третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Вторая поверхность линзы первого компонента выполнена асферической. Второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы. Окуляр состоит из трех линз, первая - двояковогнутая, вторая и третья выполнены в виде положительных менисков, обращенных выпуклостью друг к другу. Все поверхности линз окуляра выполнены сферическими, при этом имеет место следующее соотношение: 1,1<S′Р′/f′ок<1,3, где S′P′ - удаление выходного зрачка телескопа, f′ок - фокусное расстояние окуляра. 4 ил.
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к телескопическим системам наблюдательных приборов для инфракрасной области спектра длин волн с дискретным изменением увеличения.
Известны конструкции телескопических систем, описанные, например, в заявках на изобретение GB №2076987 (A), G02B 23/00, опубл. 09.12.81 г., GB №2159297 (А), G02B 23/00, опубл. 27.11.85 г., GB №2102588 (А), G02B 23/00, 25/00, опубл. 02.02.83 г. и патенте России RU №2072736, G02B 23/00, 25/00, опубл. 27.01.97 г.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является телескоп с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра, описанный в патенте Российской Федерации RU №2199143, G02B 23/00, опубл. 20.02.2003 г. Он содержит объектив и окуляр. Объектив состоит из трех компонентов, первый из которых - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент состоит из двояковогнутой линзы, двух положительных менисков, обращенных один - выпуклостью к изображению, другой - выпуклостью к предмету, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом вторая поверхность линзы первого компонента выполнена асферической. Второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы. Окуляр состоит из трех положительных менисков, первый и второй из которых обращены выпуклостью к изображению, а третий - выпуклостью к предмету. При этом первая поверхность второй линзы окуляра выполнена асферической.
Телескоп имеет следующие технические характеристики:
- Минимальное увеличение Гмин=-4,2 крат;
- Максимальное увеличение Гмакс=-12,6 крат;
- Диаметр входного зрачка при минимальном увеличении Двх.зр.мин=43,3 мм;
- Диаметр входного зрачка при максимальном увеличении Двх.зр.макс=130 мм.
Но у данного телескопа высокая технологическая сложность ввиду использования в схеме двух асферических поверхностей, невысокая светосила, которая определяет невысокое пространственное и тепловое разрешение наблюдательных приборов, недостаточно уменьшенный эффект «нарцисса» от второй поверхности третьего компонента объектива, от второй поверхности первой линзы и от второй поверхности второй линзы окуляра, что приводит к появлению в центре поля зрения расфокусированного изображения охлажденного приемника излучения, что, в свою очередь, влияет на комфортность восприятия изображения.
Задачей изобретения является создание телескопа с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра, с повышенными технологическими и эксплуатационными характеристиками.
Технический результат, реализуемый в предлагаемом изобретении, - повышение технологичности телескопа за счет уменьшения количества асферических поверхностей, повышение светосилы телескопа и уменьшение эффекта «нарцисса» при сохранении высокого качества изображения.
Это достигается тем, что в телескопе с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра, содержащем объектив и окуляр, объектив состоит из трех положительных компонентов, первый из которых - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент состоит из двояковогнутой линзы, положительной линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом вторая поверхность линзы первого компонента выполнена асферической, второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы, окуляр состоит из трех линз, вторая и третья из которых выполнены в виде положительных менисков, обращенных выпуклостью друг к другу, в отличие от известного, во втором компоненте объектива положительная линза выполнена плосковыпуклой, обращенной выпуклостью к изображению, а в окуляре первая линза выполнена двояковогнутой, и все поверхности линз окуляра выполнены сферическими, при этом имеет место следующее соотношение:
1,1<S′P′/f′ок<1,3,
где S′P′ - удаление выходного зрачка телескопа,
f′ок - фокусное расстояние окуляра.
На фиг.1 изображена оптическая схема телескопа, на фиг.2-4 - графики аберраций и функций передачи модуляции рассчитанного варианта исполнения телескопа.
Телескоп (фиг.1) содержит объектив, состоящий из трех компонентов, и трехлинзовый окуляр. Первый компонент - положительный мениск 1, обращенный выпуклостью к предмету, его вторая поверхность выполнена асферической. Второй компонент содержит двояковогнутую линзу 2, положительную плоско-выпуклую линзу 3, обращенную выпуклостью к изображению, и положительный мениск 4, обращенный выпуклостью к предмету. Второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы. Третий компонент содержит отрицательный мениск 5, обращенный вогнутостью к изображению. Трехлинзовый окуляр содержит двояковогнутую линзу 6, положительные мениски 7 и 8, обращенные выпуклостью друг к другу.
Телескоп работает следующим образом - световой поток от объекта, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит последовательно через линзы 1-5 и образует в плоскости, в которой совмещены задняя фокальная плоскость объектива и передняя фокальная плоскость окуляра, перевернутое изображение объекта, которое затем посредством линз окуляра 6-8 проецируется в пространстве изображений на бесконечности.
В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан телескоп с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра.
Линзы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 обеспечивают увеличение Гмин. Конструктивные данные телескопа с увеличением Гмин представлены в табл.1.
| Таблица 1 | ||
| Радиус, мм | Толщина, мм | Материал |
| 236,6 | ||
| 14 | Германий | |
| 368,26* | ||
| 75 | ||
| -389,9 | ||
| 3,5 | Германий | |
| 286,4 | ||
| 48 | ||
| ∞ | ||
| 6 | ИКС-25 | |
| -186,64 | ||
| 0,5 | ||
| 85,51 | ||
| 6 | Германий | |
| 133,66 | ||
| 11 | ||
| 171 | ||
| 6 | Селенид цинка | |
| 80,91 | ||
| 81,5 | ||
| -114,55 | ||
| 3,5 | Селенид цинка | |
| 197,7 | ||
| 6 | ||
| -201,4 | ||
| 5,5 | Германий | |
| -53,7 | ||
| 0,5 | ||
| 34,75 | ||
| 5 | Германий | |
| 32,58 |
* асферическая поверхность с уравнением:
где
c=1/R - кривизна поверхности,
k=0 - коническая постоянная,
a1=a3=a4=a5=a6=a7=a8=0, a2=1,35125×10-9 - коэффициенты полинома,
r - радиальная координата.
Линзы 1, 5, 6, 7, 8 обеспечивают увеличение Гмакс. Конструктивные данные телескопа с увеличением Гмакс представлены в табл.2.
| Таблица 2 | ||
| Радиус, мм | Толщина, мм | Материал |
| 236,6 | ||
| 14 | Германий | |
| 368,26* | ||
| 150 | ||
| 171 | ||
| 6 | Селенид цинка | |
| 80,91 | ||
| 81,5 | ||
| -114,55 | ||
| 3,5 | Селенид цинка | |
| 197,7 | ||
| 6 | ||
| -201,4 | ||
| 5,5 | Германий | |
| -53,7 | ||
| 0,5 | ||
| 34,75 | ||
| 5 | Германий | |
| 32,58 |
* асферическая поверхность с уравнением:
где
c=1/R - кривизна поверхности,
k=0 - коническая постоянная,
а1=а3=а4=а5=а6=а7=а8=0, а2=1,35125×10-9 - коэффициенты полинома,
r - радиальная координата.
Телескоп имеет характеристики, представленные в табл.3.
| Таблица 3 | |||
| № | Параметр | Для увеличения | |
| Гмин | Гмакс | ||
| 1 | Увеличение, крат | -4 | -12,05 |
| 2 | Угловое поле, градус | 7,7 | 2,6 |
| 3 | Диаметр входного зрачка | 58,52 | 145 |
| 4 | Удаление выходного зрачка | 31 | 31 |
| 5 | Спектральный диапазон, мкм | 7,6-10,6 | |
| 6 | Коэффициент передачи модуляции, рассчитанный для телескопа совместно с параксиальной линзой (f′=25 мм) на 18 лин/мм для центра поля зрения | 0,62 | 0,54 |
| 7 | Коэффициент передачи модуляции, рассчитанный для телескопа совместно с параксиальной линзой (f′=25 мм) на 18 лин/мм для края поля зрения, меридиональная/сагиттальная | 0,51/0,61 | 0,46/51 |
| 8 | Дисторсия, % | 3,9 | 4,5 |
На фиг.2 изображены графики аберраций для Гмакс - поперечная аберрация лучей в зависимости от координаты на зрачке, кривизна изображения и дисторсия в зависимости от координаты поля зрения, рассчитанные для телескопа совместно с параксиальной линзой (f′=25 мм).
На фиг.3 изображены графики аберраций для Гмин - поперечная аберрация лучей в зависимости от координаты на зрачке, кривизна изображения и дисторсия в зависимости от координаты поля зрения, рассчитанные для телескопа совместно с параксиальной линзой (f′=25 мм).
На фиг.4 изображены графики функций передачи модуляции, соответственно для Гмакс и Гмин, рассчитанные для телескопа совместно с параксиальной линзой (f′=25 мм).
Анализируя результаты расчетов параксиального значения параметра YNI (журнал «Applied Optics», Vol.21, #18, p.3393 (1982)), определяющего вклад в эффект «нарцисса» от поверхностей, в ближайшем аналоге и предлагаемом изобретении, представленных в табл.4, и учитывая, что вклад в эффект «нарцисса» от поверхности обратно пропорционален (YNI)2, можно сделать вывод о том, что эффект «нарцисса» значительно уменьшен.
| Таблица 4 | |||
| Номер поверхности | Значение параксиального параметра YNI | Уменьшение вклада в эффект «нарцисса» (YNIизобретения/YNIаналога)2 | |
| YNIаналога | INIизобретения | ||
| 1 | 2.42570 | 3.55452 | 2,15 |
| 2 | -0.95578 | -1.85206 | 3,75 |
| 3 | -1.52766 | -3.16959 | 4,30 |
| 4 | 1.99480 | 3.87876 | 3,78 |
| 5 | -1.05558 | 4.21902 | 15,97 |
| 6 | -3.25110 | -5.34876 | 2,71 |
| 7 | 3.87636 | 5.69923 | 2,16 |
| 8 | -4.36349 | -5.95784 | 1,86 |
| 9 | -4.34188 | -6.07554 | 1,96 |
| 10 | -0.18169 | -0.99680 | 30,01 |
| 11 | 0.62026 | 1.10303 | 3,16 |
| 12 | 0.13664 | 2.05368 | 225,9 |
| 13 | 0.21241 | 2.47167 | 135,4 |
| 14 | 0.15131 | -0.96385 | 40,58 |
| 15 | 0.83756 | 2.12223 | 6,42 |
| 16 | 0.37030 | 1.61025 | 18,91 |
Фокусное расстояние окуляра f′ок=26,2 мм, удаление выходного зрачка телескопа S′P′=31 мм.
Соотношение:
1,1<S′P′/f′ок<l,3
выполняется:
1,1<(31/26,2)=1,18<1,3.
Таким образом, получен телескоп с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра с повышенными технологическими и эксплуатационными характеристиками, а именно:
- имеет только одну асферическую поверхность, что делает его более технолочичным;
- имеет более высокую светосилу, определяемую размером входных зрачков, что повышает дальность обнаружения и распознавания приборов;
- уменьшен эффект «нарцисса», что делает изображение более комфортным для восприятия.
Телескоп с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра, содержащий объектив и окуляр, объектив состоит из трех положительных компонентов, первый из которых - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент состоит из двояковогнутой линзы, положительной линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом вторая поверхность линзы первого компонента выполнена асферической, второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы, окуляр состоит из трех линз, вторая и третья из которых выполнены в виде положительных менисков, обращенных выпуклостью друг к другу, отличающийся тем, что во втором компоненте объектива положительная линза выполнена плосковыпуклой, обращенной выпуклостью к изображению, а в окуляре первая линза выполнена двояковогнутой, и все поверхности линз окуляра выполнены сферическими, при этом имеет место следующее соотношение:
1,1<S′P′/f′ок<1,3,
где S′Р′ - удаление выходного зрачка телескопа;
f′ок - фокусное расстояние окуляра.
