Объектив коллиматора

Авторы патента:

G02B17/08 - катадиоптрические системы

Владельцы патента RU 2517760:

Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" (RU)

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам коллиматора, работающим в среднем ИК-диапазоне длин волн (для спектрального диапазона от 3 до 5 мкм), и может быть использовано в тепловизионных коллиматорах или в приемных тепловизионных объективах (в обратном ходе лучей) в различных приборах. Объектив коллиматора состоит из трех компонентов, причем первый компонент по ходу лучей выполнен в виде зеркала, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, второй компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска с отверстием в центре, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, причем его выпуклая поверхность имеет зеркальное внутреннее покрытие и расположен он между первым компонентом и плоскостью предметов, и третьего мениска, обращенного выпуклостью к изображению и расположенного между первым компонентом и изображением, второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка, а в первом компоненте зеркальное покрытие нанесено на выпуклую поверхность зеркала. Кроме того, радиус сферической оптической отражающей поверхности зеркала первого компонента по модулю равен радиусу выпуклой поверхности третьего компонента. Технический результат - повышение относительного отверстия, увеличение фокусного расстояния при упрощенной конструкции, повышенной технологичности и высоком качестве изображения. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам коллиматоров, работающим в среднем ИК-диапазоне длин волн (для спектрального диапазона от 3 до 5 мкм), и может быть использовано в тепловизионных коллиматорах или в приемных тепловизионных объективах (в обратном ходе лучей) в различных приборах.

Известна катодиоптрическая система телефотообъектива (патент США №3632190; МПК G02B 17/08; НКИ 350/201; опубл. 1972 г.). Данный объектив может работать в качестве объектива коллиматора, т.е. в обратном ходе лучей. Лучи идут из плоскости установки, в которой находится тест-объект. В обратном ходе лучей объектив состоит из трех компонентов: первого, выполненного в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, причем периферийная кольцевая зона его выпуклой поверхности имеет зеркальное внутреннее покрытие, а в центральной части отрицательного мениска к нему со стороны изображения последовательно приклеена выпукло-плоская линза и к ней - плоско-вогнутая линза; второго - положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, расположенного за первым компонентом со стороны изображения и имеющего зеркальное внутреннее покрытие со стороны изображения, и третьего - положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению и расположенного по ходу лучей за вторым компонентом (т.е. со стороны изображения). Однако данный объектив имеет низкое относительное отверстие 1:7 и сложную конструкцию (состоит из пяти линз).

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является катодиоптрическая система (патент США №4264136; МПК G02B 17/08; НКИ 350/444; опубл. 1981 г.). Данный объектив может работать в качестве объектива коллиматора, т.е. в обратном ходе лучей. При этом лучи идут из плоскости установки, в которой находится тест-объект. При этом объектив, состоящий по ходу лучей из линзового компенсатора, выполненного последовательно из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз и трех компонентов, первый из которых - положительный мениск -, обращенный выпуклостью к плоскости предметов и расположенный за двояковогнутой линзой компенсатора со стороны изображения с зеркальным внутренним покрытием вогнутой поверхности со стороны изображения, второй выполнен в виде отрицательного мениска с отверстием в центре, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, причем его выпуклая поверхность имеет зеркальное внутреннее покрытие, и третий - положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению и расположенный между первым компонентом и изображением. Все линзы объектива выполнены из оптического стекла. Однако данный объектив имеет недостаточные относительное отверстие 1:4,5; небольшое фокусное расстояние, равное 100 мм, сложную конструкцию (состоит из пяти линз) и недостаточную технологичность, так как два компонента - первый и второй - выполнены в виде менисков с внутренним отражением.

Задача изобретения - создание объектива коллиматора с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - повышение относительного отверстия, увеличение фокусного расстояния при упрощении конструкции и повышении технологичности при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в объективе коллиматора, состоящем из трех компонентов, причем первый компонент по ходу лучей выполнен в виде зеркала, обращенного выпуклостью к плоскости предметов. Второй компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска с отверстием в центре, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, причем его выпуклая поверхность имеет зеркальное внутреннее покрытие и расположен он между первым компонентом и плоскостью предметов. Третий компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению и расположенного между первым компонентом и изображением. В отличие от известного, второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка, а в первом компоненте зеркальное покрытие нанесено на первую выпуклую поверхность зеркала. При этом радиус сферической оптической отражающей поверхности зеркала первого компонента по модулю равен радиусу выпуклой поверхности третьего компонента.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива коллиматора.

Объектив коллиматора состоит по ходу лучей из выпуклого зеркала 1 с внешним отражением, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, одиночного отрицательного мениска 2 с отверстием в центре, обращенного выпуклостью к плоскости предметов и расположенного между зеркалом 1 и плоскостью предметов, причем выпуклая поверхность мениска 2 имеет зеркальное внутреннее покрытие, и одиночного положительного мениска 3, обращенного выпуклостью к изображению и расположенного между зеркалом 1 и изображением. Апертурная диафрагма совпадает с вогнутой поверхностью мениска 2, но может находиться и в другом месте.

Объектив коллиматора работает следующим образом: световой поток, исходящий из плоскости тест-объекта (не показан), проходит через отверстие в центре мениска 2, попадает на выпуклую поверхность зеркала 1, отражается от этой выпуклой поверхности зеркала 1 и идет, расходясь в обратную сторону (в сторону предмета), и попадает на мениск 2, проходит через мениск 2 и отражается от его внутренней выпуклой поверхности и идет опять в обратную сторону (в сторону изображения), попадает на положительный мениск 3, проходит сквозь него и коллимирует в бесконечность.

В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный объектив коллиматора, исправленный в спектральном диапазоне от 3 до 5 мкм.

Конструктивные параметры объектива коллиматора приведены в таблице 1.

Таблица 1
Радиусы, мм	Толщины, мм	Материал	Показатель преломления для λ=4 мкм	Световой диаметр, мм
R₁=227				23
	d₁=-70		1
R₂=201,4				51,7
	d₂=-5,3	ZnSe	2,4331
R₃=241				52,4
	d₃=5,3	ZnSe	2,4331
R4=201,4				51,7
	d,=86		1
R₅=-294,4				60
	d₅=5,3	ZnSe	2,4331
R₆=-227				60
			1

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние, f'	260 мм
относительное отверстие	1:4,3
угол поля зрения	1 град 6 мин
передний фокальный отрезок	-91,47 мм
диаметр выходного зрачка	60 мм

В таблице 2 приведены аберрации для длины волны 4 мкм предложенного объектива коллиматора в обратном ходе лучей при относительном отверстии 1:4,3 и угловом поле в пространстве предметов 2W=1 град 6 мин.

Предлагаемый объектив имеет повышенное относительное отверстие 1:4,3; увеличенное фокусное расстояние 260 мм, упрощенную конструкцию (состоит из трех одиночных элементов) и повышенную технологичность, так как первый компонент объектива выполнен в виде зеркала с внешним отражением. Предлагаемый объектив коллиматора имеет высокое качество изображения, что следует из таблицы 2.

Таблица 2
Вид аберрации	Значение аберраций не более
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси	0,00077 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении	-0,005 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении	-0,0013 мм
Меридиональный астигматический отрезок $Х_{м}^{'}$	-0,0405 мм
Сагиттальный астигматический отрезок $X_{s}^{'}$	-0,0136 мм
Дисторсия	0,0098%

Таким образом, достигнут технический результат - создан объектив коллиматора с повышенным относительным отверстием и увеличенным фокусным расстоянием при упрощенной конструкции и повышенной технологичности при высоком качестве изображения.

1. Объектив, состоящий из трех компонентов, причем первый компонент по ходу лучей выполнен в виде зеркала, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, второй компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска с отверстием в центре, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, причем его выпуклая поверхность выполнена с зеркальным внутренним покрытием и расположен он между первым компонентом и плоскостью предметов, и третьего компонента, выполненного в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению и расположенного между первым компонентом и изображением, отличающийся тем, что второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка, а в первом компоненте зеркальное покрытие нанесено на выпуклую поверхность зеркала.

2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что радиус оптической отражающей поверхности зеркала первого компонента по модулю равен радиусу выпуклой поверхности третьего компонента.

Устройство может быть использовано для контроля формы поверхностей оптических деталей, а также для измерения неоднородностей оптических материалов. Устройство содержит осветитель, конденсор, задающий и анализирующий пространственные фильтры, приемно-регистрирующее устройство.

Автоколлимационное углоизмерительное устройство // 2491586

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для контроля и юстировки различных оптических деталей, сборок и приборов. .

Коллиматор // 2489744

Изобретение относится к области оптической контрольно-измерительной техники, а именно к коллиматорам, используемым для измерения или настройки параллельности визирных осей двух или более оптических систем, по меньшей мере, одна из которых является тепловизионной.

Коллимирующая оптическая система для полупроводникового лазера // 2481605

Изобретение относится к оптико-электронным системам измерения расстояния, локации, наведения, связи и другим устройствам, в которых используется излучение полупроводниковых лазеров.

Инфракрасный коллиматор // 2470335

Видеоавтоколлиматор // 2455668

Изобретение относится к области технической физики и, в частности, для измерения углового положения автоколлимационного зеркала. .

Коллиматор для настройки многоканальной телевизионной системы // 2413267

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при юстировке и настройке телевизионных камер многоканальной телевизионной системы.

Оптическая система для полупроводниковых лазеров // 2390811

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к оптическим системам, коллимирующим излучение лазерного пучка с одновременной анаморфотной коррекцией формы поперечного сечения и углового распределения интенсивности лазерного пучка, а также суммирующим излучение двух или более полупроводниковых (далее - п/п) лазеров на одной оптической оси, и может быть использовано в системах оптической локации, оптической связи, управления и др.

Автоколлиматор для измерения угла скручивания // 2384812

Изобретение относится к области измерительной техники, к измерительным устройствам, характеризующимся оптическими средствами измерений, и может быть использовано для решения широкого круга технических задач, включающих измерение плоских углов, таких как юстировка оптико-электронных систем, сборка крупногабаритных конструкций, дистанционное измерение и дистанционная передача значений угла и др.

Автоколлиматор для измерения угла скручивания // 2384811

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для решения широкого круга технических задач, таких как юстировка оптико-электронных систем, сборка крупногабаритных конструкций, определение параметров жесткости валов и др.

Способ формирования изображения различных полей зрения // 2505844

Способ может быть использован для наблюдения Земли из космоса с использованием матричной телевизионной системы для измерения ориентации визирной оси телекамеры по изображению горизонта Земли с помощью построения местной вертикали.

Зеркально-линзовый объектив // 2498363

Объектив может быть использован для визуального наблюдения, фото и видео регистрации. Объектив содержит расположенные по ходу лучей четыре компонента: главное зеркало, вторичное зеркало с внутренним отражением, расположенный вблизи плоскости промежуточного изображения третий компонент и оборачивающую систему, состоящую из двух линз, одна из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутой стороной ко второй двояковыпуклой линзе.

Устройство катадиоптрического телескопа // 2475788

Катадиоптрический телескоп // 2472190

Зеркально-линзовый объектив (варианты) // 2461030

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности, может быть использовано в космических телескопах. .

Катадиоптрический телескоп // 2449329

Изобретение относится к области оптической техники и предназначено для визуальных наблюдений и астрофотографических работ с ПЗС-матрицами. .

Катадиоптрическая система // 2446420

Катадиоптрический телескоп // 2443005

Приемная оптическая система панорамного оптико-электронного прибора // 2427863

Изобретение относится к области оптического приборостроения и позволяет улучшить технические характеристики приемной оптической системы панорамного оптико-электронного прибора.

Лазерный осветитель для активно-импульсных оптико-электронных приборов (варианты) // 2420769

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к активно-импульсным (АИ) оптико-электронным приборам (ОЭП) с регистрацией изображений на базе импульсных ЭОП или телевизионных камер, и может быть использовано в них в качестве осветителя, использующего полупроводниковый лазер с большим углом расходимости излучения, обеспечивающего импульсную подсветку объектов, в том числе на выносных наблюдательных пунктах.

Зеркально-линзовый объектив // 2521155

Зеркально-линзовый объектив состоит по ходу луча из плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к плоскости предметов, на центральную часть плоской поверхности которой нанесено зеркальное покрытие, зеркала Манжена, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, в центре которого выполнено отверстие, и положительного склеенного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости предметов. Плосковыпуклая линза и зеркало Манжена выполнены из одного материала, средняя дисперсия которого находится в интервале 63≥υD≥66. Расстояние от первой линзы до склеенного мениска находится в пределах от 0,35×f′ до 0,45×f′, где: υD - средняя дисперсия (число Аббе) для линии D спектра, а f′ - фокусное расстояние объектива. Технический результат - повышение качества изображения путем снижения хроматизма положения, исправления кривизны изображения и уменьшение габаритов прибора, в котором используется данный объектив. 4 ил., 1 табл.