Объектив коллиматора

Авторы патента:

G02B17/08 - катадиоптрические системы

Владельцы патента RU 2532244:

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

Объектив может использоваться для работы в видимом и ближнем ИК-диапазоне длин волн. Объектив коллиматора содержит первичное зеркало, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие, вторичное зеркало с зеркальным покрытием на кольцевой периферийной части, причем отражающие поверхности зеркал обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы. Первичное и вторичное зеркала выполнены в виде сплошных плоско-параллельных пластин, на первичном зеркале зеркальное покрытие нанесено в его центральной зоне, периферийная часть - прозрачная. На первой со стороны предмета поверхности в центральной зоне вторичного зеркала расположен тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне. Технический результат - увеличение фокусного расстояния, диаметра выходного зрачка при упрощенной конструкции и повышенной технологичности при сохранении высокого качества изображения. 1 ил., 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам коллиматоров, работающим в видимом и ближнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в различных оптических приборах.

Известен зеркально-линзовый объектив (патент ФРГ №2222864, МПК G02B 17/08, опубл. 31.10.1977 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. В обратном ходе лучей объектив состоит из четырех компонентов: первого, выполненного в виде склеенных отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к тест-объекту, и двояковыпуклой линзы, второго - выпуклого зеркала, обращенного выпуклостью в сторону тест-объекта, третьего - вогнутого зеркала с отверстием в центральной части, в котором находится первый компонент, причем отражающими поверхностями зеркала обращены друг к другу, и четвертого компонента, выполненного по ходу лучей из отрицательного одиночного мениска, обращенного выпуклостью к изображению и расположенного за ним со стороны пространства изображений одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Однако данный объектив имеет сложную конструкцию (состоит из двух зеркал и четырех линз), недостаточное фокусное расстояние 100 мм и недостаточную технологичность, т.к. одно из зеркал выполнено с отверстием, что затрудняет его изготовление.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является зеркально-линзовый объектив (а.с. СССР №535536, МПК G02B 17/00, опубл. 15.11.1976 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. В обратном ходе лучей объектив состоит из четырех компонентов: первого, выполненного в виде мениска, обращенного выпуклостью к тест-объекту, второго - выпуклого (первичного) зеркала, обращенного выпуклостью в сторону тест-объекта, третьего - вогнутого (вторичного) зеркала с отверстием в центральной части, в котором находится первый компонент, причем отражающими поверхностями зеркала обращены друг к другу, и четвертого компонента - двухлинзового оптического элемента, выполненного по ходу лучей из отрицательного одиночного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и расположенной за ним со стороны пространства изображений одиночной двояковыпуклой линзы, причем, второй компонент расположен между третьим и четвертым компонентами. Однако данный объектив имеет сложную конструкцию (состоит из двух зеркал и трех линз), недостаточное фокусное расстояние 200 мм, недостаточный диаметр выходного зрачка 100 мм и недостаточную технологичность, т.к. одно из зеркал выполнено с отверстием, что затрудняет его изготовление.

Задача изобретения - создание объектива коллиматора с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - увеличение фокусного расстояния и диаметра выходного зрачка при упрощенной конструкции и повышенной технологичности при сохранении высокого качества изображения.

Это достигается тем, что в объективе коллиматора, содержащем первичное зеркало, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие, вторичное зеркало с зеркальным покрытием, нанесенным на кольцевую периферийную часть, установленное перед первичным зеркалом так, что отражающими поверхностями зеркала обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы, в отличие от известного, первичное и вторичное зеркала выполнены в виде сплошных плоско-параллельных пластин, на первичном зеркале зеркальное покрытие нанесено в его центральной зоне, периферийная часть - прозрачная, а на первой со стороны предмета поверхности в центральной зоне вторичного зеркала расположен тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива коллиматора.

Объектив коллиматора состоит из первичного зеркала 1, вторичного зеркала 2 и двухлинзового оптического элемента. Первичное зеркало 1 выполнено в виде плоско-параллельной пластины с нанесенным зеркальным покрытием на первую по ходу лучей поверхность в его центральной зоне, при этом периферийная его часть остается прозрачной. Вторичное зеркало 2 выполнено в виде плоско-параллельной пластины, на периферийную часть которой нанесено зеркальное покрытие в виде кольца, причем зеркальными поверхностями первичное и вторичное зеркала обращены друг к другу. В центральной зоне первой со стороны предмета поверхности вторичного зеркала расположен тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне. Двухлинзовый оптический элемент установлен за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоит по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы 3, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы 4. Все оптические элементы в данном объективе коллиматора выполнены без отверстий.

Объектив коллиматора работает следующим образом: световой поток от источника света, например светодиода, через осветитель, который может быть выполнен в виде плоско-параллельной пластины с матовой поверхностью (не показаны), попадает на тест-объект, выполненный на первой поверхности вторичного зеркала 2, выполненного в виде плоско-параллельной пластины, проходит сквозь эту пластину в центральной зоне, попадает на первичное зеркало 1, отражается от его центральной зеркальной зоны, идет назад, попадает на кольцевую зеркальную зону вторичного зеркала 2, отражается от нее и идет назад, проходит через периферийную прозрачную часть первичного зеркала 1, затем последовательно проходит через линзы 3 и 4 и коллимирует в бесконечность.

В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный объектив коллиматора, исправленный для длины волны 640 нм.

Конструктивные параметры объектива коллиматора приведены в таблице 1.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние f'	500,36 мм
угловое поле в пространстве изображений	2 град
диаметр выходного зрачка	120 мм

В табл.2 приведены аберрации для длины волны 640 нм предложенного объектива коллиматора в обратном ходе лучей при диаметре выходного зрачка 120 мм и угловом поле в пространстве изображений 2W=2 град. Предлагаемый объектив имеет увеличенное фокусное расстояние 500,36 мм, увеличенный диаметр выходного зрачка 120 мм, упрощенную конструкцию (состоит из четырех одиночных элементов). Кроме того, выполнение первичного и вторичного зеркал сплошными и в виде плоско-параллельных пластин в значительной степени упрощает их изготовление, повышая технологичность процесса. Предлагаемый объектив коллиматора имеет также высокое качество изображения, что следует из табл.2.

Таким образом, выполнен технический результат - создан объектив коллиматора с увеличенными фокусным расстоянием и диаметром выходного зрачка при упрощенной конструкции и повышенной технологичности при сохранении высокого качества изображения.

Таблица 1
Радиусы, мм	Толщины, мм	Марка стекла	Показатель преломления, n_e	Коэфф. дисперсии, ν_e	Световой диаметр, мм
R₁=∞					18
	d₁=7,5	K8	1,518294	63,83
R₂=∞					18,4
	d₂=125		1
R₃=∞					43,8
	d₃=-125		-1
R₄=∞					69,3
	d₄=125		1
R₅=∞					94,8
	d₅=7,5	K8	1,518294	63,83
R₆=∞					95,8
	d₆=35,52		1
R₇=38900					103
	d₇=8	ТФ103	1,723666	29,31
R₈=221,8					104,6
	d₈=27,12		1
R₉=304,75					120
	d₉=13,3	ТК₁₄	1,615506	60,34
R₁₀=-221,8					120
			1

Таблица 2
Вид аберрации	Значение аберраций предлагаемого объектива коллиматора, не более
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси	-0,074 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении	0,238 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении	0,096 мм
Меридиональный астигматический отрезок $X_{м}^{'}$	-0,247 мм
Сагиттальный астигматический отрезок $X_{s}^{'}$	0,003 мм
Дисторсия	0,00355%

Объектив коллиматора, содержащий первичное зеркало, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие, вторичное зеркало с зеркальным покрытием на кольцевой периферийной части, установленное перед первичным зеркалом так, что отражающими поверхностями зеркала обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы, отличающийся тем, что первичное и вторичное зеркала выполнены в виде сплошных плоско-параллельных пластин, на первичном зеркале зеркальное покрытие нанесено в его центральной зоне, периферийная часть - прозрачная, а на первой со стороны предмета поверхности в центральной зоне вторичного зеркала расположен тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне.

Похожие патенты:

Объектив коллиматора // 2517760

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.

Автоколлимационное теневое устройство // 2497165

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.

Оптическая система и датчик для проверки ценных документов с такой оптической системой // 2528036

Изобретение относится к формирующей изображение оптической системе, датчику для проверки ценных документов с такой оптической системой и к способу отображения точки предмета.

Оптический элемент для асимметричного распределения света // 2523779

Оптический элемент (2) для коллимирования света из источника (3) света выполнен из единого куска материала и содержит: впускную сторону (5), выполненную с возможностью приема света, выпускную сторону (6), выполненную с возможностью обеспечения излучения коллимированного света, и тело элемента, продолжающееся от впускной стороны (5) до выпускной стороны (6).

Многоходовая фокусирующая система и способ фокусировки лазерного излучения, обеспечивающий многократное прохождение лазерного пучка через измерительный объем // 2523735

Система может быть использована при исследовании свойств газовых сред, в том числе, с химическими реакциями, в малых объемах, методами спектроскопии рассеяния или поглощения света.

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.

Объектив коллиматора // 2517760

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. .

Зеркально-линзовый объектив // 2547170

Объектив может быть использован в космических телескопах. Объектив содержит первое зеркало в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического зеркала, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, линзовый корректор аберраций, выполненный в виде трех одиночных осесимметричных линз из разных оптических материалов: двояковыпуклой, двояковогнутой и положительного мениска, второе зеркало в виде внеосевого фрагмента выпуклого зеркала, обращенного выпуклостью к линзовому корректору аберраций, третье зеркало в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического зеркала, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, и апертурную диафрагму, совпадающую с оправой первой поверхности второй линзы корректора аберраций. Центры кривизны всех оптических поверхностей расположены на одной общей оси. В меридиональном сечении объектива первое зеркало расположено ниже оптической оси, а второе и третье - выше оптической оси. Оптические силы, показатели преломления и коэффициент дисперсии удовлетворяют соотношениям, приведенным в формуле изобретения. Технический результат - повышение качества изображения зеркально-линзового объектива с относительным отверстием не менее 1:6 без центрального экранирования в пределах углового поля 13,8° в широком спектральном диапазоне (450÷1800) нм и повышение его технологичности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.