Инфракрасный зеркально-линзовый объектив

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения. Объектив состоит из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего два асферических зеркала, из которых первое имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе - выпуклым, и второго компонента, содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью отрицательную выпукло-вогнутые линзы, при этом оптическая сила второго компонента в целом - положительная. Между первым и вторым компонентами формируется промежуточное изображение. Выходной зрачок расположен между вторым компонентом и плоскостью изображения. Технический результат - повышение качества изображения путем повышения разрешающей способности за счет увеличения относительного отверстия, а также путем улучшения освещенности и контраста изображения за счет оптимального сопряжения объектива с охлаждаемым матричным приемником излучения. 1 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения.

Известен инфракрасный зеркально-линзовый объектив (см. патент РФ на изобретение №2288493 C1, МПК7 G02B 17/08, опубл. 27.11.2006, Бюл. №33), который состоит из первой положительной менисковой линзы, второй отрицательной менисковой линзы, выполняющей функцию главного зеркала (отражающее покрытие нанесено на вторую поверхность линзы), контрзеркала, расположенного между первой и второй линзами, и положительного мениска, расположенного в сходящемся пучке лучей между контрзеркалом и плоскостью изображения объектива. Фокусное расстояние объектива f′=180,2 мм; относительное отверстие 1:2; все поверхности выполнены сферическими.

Также известен компактный зеркально-линзовый объектив (см. заявку US 2006/0066941 A1, МПК7 G02B 1/00, 17/00, опубл. 30.03.2006 г., схема на фиг. 1), который содержит первую положительную линзу (корректор), вторую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу с нанесенным на выпуклую поверхность отражающим покрытием (первое зеркало), третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу с нанесенным на вогнутую поверхность отражающим покрытием (второе зеркало), четвертую отрицательную вогнуто-выпуклую и пятую положительную выпукло-плоскую линзы. Объектив работает в спектральном диапазоне 8…12 мкм; фокусное расстояние f′=100,2 мм; относительное отверстие 1:1,67. Вогнутая поверхность третьей линзы выполнена асферической.

Недостатком указанных зеркально-линзовых объективов является то, что их конструкция не обеспечивает оптимального сопряжения с матричными приемниками излучения, имеющими внутри охлаждаемую диафрагму.

Наиболее близкой к заявляемому объективу по технической сущности и количеству совпадающих признаков является катадиоптрическая система (см. патент РФ на изобретение №2446420, МПК7 G02B 17/08, опубл. 27.03.2012, Бюл. №9), представляющая собой зеркально-линзовый объектив, содержащий первый компонент, состоящий из двух расположенных по ходу лучей гиперболических зеркал, и второй компонент, выполненный в виде отрицательной выпукло-вогнутой линзы и расположенный вблизи фокальной плоскости первого компонента. Первое зеркало имеет центральное отверстие и обращено вогнутой стороной к пространству предметов, второе - выпуклой стороной к первому. Система предназначена для работы в инфракрасном диапазоне спектра, фокусное расстояние f′=1800 мм, относительное отверстие 1:3.

Для фокусного расстояния системы f′ и фокусных расстояний зеркал первого компонента f 1 ' , f 2 ' и линзы второго компонента f 3 ' выполнены соотношения: f ' / f 1 ' = 3,103 ; f ' / f 2 ' = 7,42 ; f ' / f 3 ' = 3,103 . Расстояние d1-2 между зеркалами первого компонента составляет -0,233f′; расстояние d2-3 между вторым зеркалом первого компонента и линзой второго компонента составляет 0,217f′.

Недостатками описанной системы являются отсутствие возможности работы с охлаждаемым матричным приемником инфракрасного излучения, а также невысокое, для работы в дальнем инфракрасном диапазоне спектра, относительное отверстие, влияющее на разрешающую способность.

Для оптимального сопряжения необходимо, чтобы в объективе формировалось действительное промежуточное изображение, а выходной зрачок был вынесен в пространство между последним компонентом объектива и плоскостью изображения, что позволяет совместить его с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения. Несовпадение выходного зрачка объектива с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения приводит к виньетированию наклонных пучков лучей и возрастанию рассеянного излучения от оптических деталей и других элементов конструкции, что снижает освещенность и контраст изображения и приводит к ухудшению его качества.

Задачей, на решение которой направлено изобретение является повышение качества изображения путем повышения разрешающей способности за счет увеличения относительного отверстия зеркально-линзового объектива, а также путем улучшения освещенности и контраста изображения за счет оптимального сопряжения объектива с охлаждаемым матричным приемником инфракрасного излучения.

Поставленная задача решается за счет того, что в инфракрасном зеркально-линзовом объективе, состоящем из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего два асферических зеркала, из которых первое имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе - выпуклым, и второго компонента, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую линзу, во втором компоненте дополнительно введены отрицательная и положительная выпукло-вогнутые линзы, при этом оптическая сила второго компонента в целом - положительная, между первым и вторым компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок вынесен в пространство между последней линзой второго компонента и плоскостью изображения объектива.

На чертеже представлена оптическая схема инфракрасного зеркально-линзового объектива.

Объектив содержит расположенные по ходу лучей первый компонент I, содержащий два асферических зеркала, из которых первое 1 имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе 2 - выпуклым, и второй компонент II, содержащий первую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 3, вторую положительную выпукло-вогнутую линзу 4 и третью отрицательную выпукло-вогнутую линзу 5, при этом второй компонент II имеет положительную оптическую силу. Между первым I и вторым II компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок 6 вынесен в пространство между последней линзой 5 второго компонента II и плоскостью изображения объектива. Дополнительно показано входное окно 7 приемника инфракрасного излучения 8, охлаждаемая диафрагма которого совмещена с выходным зрачком 6 объектива.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемого зеркально-линзового объектива.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения заявляемого объектива.

В таблице 3 приведены соотношения, выполняемые в заявляемом объективе.

Инфракрасный зеркально-линзовый объектив работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта отражается последовательно от первого 1 и второго 2 зеркал первого компонента I и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, после чего линзами 3, 4, 5 второго компонента II переносится в плоскость изображения объектива. Диаметр пучка излучения определяется диаметром выходного зрачка 6, расположенного в пространстве между последней линзой 5 второго компонента II и плоскостью изображения объектива. Выбранное положение выходного зрачка 6 позволяет совместить его с охлаждаемой диафрагмой приемника инфракрасного излучения 8.

В заявляемом зеркально-линзовом объективе за счет изменения конструкции второго компонента II и выполнения соотношений, приведенных в таблице 3, увеличено относительное отверстие, что позволяет улучшить качество изображения за счет повышения разрешающей способности объектива. Выбор конструктивного исполнения, при котором между первым I и вторым II компонентами объектива формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок 6 совмещен с охлаждаемой диафрагмой приемника инфракрасного излучения 8, обеспечивает оптимальное сопряжение объектива и приемника излучения. Этим достигается минимальное виньетирование наклонных пучков лучей и снижается рассеянное излучение от оптических деталей и других элементов конструкции объектива, что повышает освещенность и контраст изображения и улучшает его качество.

Таким образом, выполнение инфракрасного зеркально-линзового объектива в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить качество изображения путем повышения разрешающей способности и улучшения освещенности и контраста изображения за счет оптимального сопряжения с охлаждаемым приемником инфракрасного излучения.

Инфракрасный зеркально-линзовый объектив, состоящий из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего два асферических зеркала, из которых первое имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе - выпуклым, и второго компонента, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую линзу, отличающийся тем, что во втором компоненте дополнительно введены отрицательная и положительная выпукло-вогнутые линзы, при этом оптическая сила второго компонента в целом - положительная, между первым и вторым компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок вынесен в пространство между последней линзой второго компонента и плоскостью изображения объектива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическому приборостроению и касается зеркального автоколлимационного спектрометра. Спектрометр состоит из входной щели, объектива и плоской отражательной дифракционной решетки.

Объектив может быть использован в космических телескопах. Объектив содержит первое зеркало в виде внеосевого фрагмента вогнутого гиперболического зеркала, линзовый компенсатор аберраций видимого канала из плосковыпуклой и двояковыпуклой линз и отрицательного мениска, второе зеркало в виде внеосевого фрагмента сферического выпуклого зеркала и третье зеркало в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического зеркала.

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.

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.

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

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).

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 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.

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.

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.

Изобретение может использоваться в оптических системах, работающих в широком спектральном диапазоне. Зеркально-линзовый объектив содержит на входе афокальный компенсатор с близкой к нулю оптической силой, состоящий из обращенного вогнутостью к предмету отрицательного мениска и положительной линзы, выполненных из одного материала, а на выходе - второй отрицательный двухлинзовый компенсатор, содержащий обращенный вогнутостью к изображению отрицательный мениск, являющийся выходным элементом объектива, и расположенный перед ним мениск, выпуклость которого обращена к выпуклости выходного мениска. Оба мениска изготовлены из того же материала, что и линзы первого компенсатора. Между компенсаторами расположены последовательно по ходу распространения лучей два зеркала, первое из которых выполнено вогнутым с отверстием в центральной части, а второе - выпуклым. Технический результат - расширение спектрального диапазона за счет уменьшения вторичного спектра при сохранении дифракционного качества изображения по всему полю изображения. 3 ил.

Изобретение может быть использовано для головок самонаведения, оптико-электронных систем обнаружения, распознавания и автосопровождения, в частности, в составе бортовой аппаратуры, работающей в нескольких спектральных диапазонах. Система содержит первый канал и второй канал, соосный первому и установленный перед ним. Первый канал содержит главное зеркало, вторичное зеркало (ВЗ), отражающее спектральное излучение Δλ1=8-12,5, линзовый компенсатор аберраций (ЛКА) и фотоприемник излучения спектрального диапазона Δλ1. Второй канал содержит главное зеркало, ВЗ, пропускающее спектральное излучение Δλ2=0,4-0,7 мкм, ЛКА, установленный в зоне центрального экранирования первого канала, и фотоприемник излучения спектрального диапазона Δλ2. Cпектроделительное покрытие нанесено на выпуклую поверхность ВЗ. ЛКА обоих каналов выполнены с положительным линейным увеличением β: 0.8<β<1.2. Технический результат - повышение качества изображения, увеличение светосилы второго канала до светосилы первого канала, обеспечение атермальности обоих каналов, упрощение конструкции и уменьшение габаритно-массовых характеристик. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 прилож.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является достижение возможности смешения цветов в расширенном рабочем диапазоне, в том числе осуществление задания установочных параметров масштабирования вне фокуса, часто используемых для получения пятен с размытыми краями. Устройство (14, 22) включает трубчатый отражатель, имеющий отражающую внутреннюю поверхность (16), который содержит первую секцию (15а), имеющую входную апертуру (17а) и выходную апертуру (17b), большую, чем указанная входная апертура, и вторую секцию (15b), имеющую входную апертуру (18а) и выходную апертуру (18b), по существу идентичные по размеру, входная апертура (18а) второй секции (15b) расположена рядом с указанной выходной апертурой (17b) первой секции (15а); матрицу (1) источников света, содержащую множество источников (2) света, размещенных для излучения света в первую секцию (15а) указанного трубчатого отражателя через входную апертуру (17а) указанной первой секции (15а). Оптический фокусирующий элемент (21) расположен между выходной апертурой (17b) первой секции (15а) и выходной апертурой (18b) второй секции указанного трубчатого отражателя. Указанные первая и вторая секция, матрица источников света и оптический фокусирующий элемент размещены с возможностью формирования коллимированного пучка света однородно смешанных цветов, выводимого через выходную апертуру (18b) второй секции (15b). Оптическая ось (19) проходит от матрицы (1) источников света к выходной апертуре (18b) второй секции (15b), при этом первая секция (15а) имеет выпуклую форму, видимую от оптической оси (19). 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Оптическая система содержит главное вогнутое асферическое зеркало, перед которым установлен отрицательный мениск, после главного зеркала установлены линзовый компенсатор дальнего ИК диапазона, первая поверхность которого является спектроделительной и пропускает дальний ИК диапазон и отражает видимый, короткий ИК и средний ИК диапазоны, общий для видимого, короткого ИК и среднего ИК диапазонов двухлинзовый объектив, передняя фокальная плоскость которого смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива для образования пучков с малой угловой расходимостью. После общего объектива расположен второй спектроделитель, после прохождения которого установлен объектив для среднего ИК диапазона. После отражения от второго спектроделителя установлены общий для видимого и короткого ИК диапазонов двухлинзовый компенсатор и третий спектроделитель, после прохождения которого установлен объектив для короткого ИК диапазона, а после отражения от третьего спектроделителя установлен объектив для видимого диапазона. Технический результат - получение изображения на четырех приемниках одновременно, а также увеличение углового поля в пространстве предметов, повышение относительного отверстия в каждом из каналов и уменьшение количества асферических поверхностей. 1 ил., 1 табл.

Оптическая система содержит главное вогнутое асферическое зеркало, перед которым установлен линзовый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, после главного зеркала установлены линзовый компенсатор дальнего ИК диапазона, первая поверхность которого является спектроделительной поверхностью, пропускающей дальний ИК диапазон и отражающей видимый и короткий ИК диапазон, общий для видимого и короткого ИК диапазонов двухлинзовый объектив, расположенный таким образом, что его передняя фокальная плоскость смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива для получения пучков с малой угловой расходимостью. После общего объектива расположена спектроделительная призма-кубик, после прохождения которой установлены объектив для короткого ИК диапазона и приемник излучения. После отражения от спектроделительной призмы-кубика установлены объектив для видимого диапазона и приемник излучения. Технический результат - увеличение углового поля в пространстве предметов, повышение относительного отверстия в каждом из каналов и уменьшение количества асферических поверхностей. 1 ил., 1 табл.

Система может быть использована в двухспектральных оптико-электронных системах. Система состоит из расположенных по ходу лучей обтекателя, главного вогнутого зеркала с центральным отверстием в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы с отражающим покрытием на выпуклой поверхности, первого канала, содержащего спектроделитель, компенсатор, первая линза которого выполнена двояковогнутой, вторая - плосковыпуклой, а третья – двояковогнутой, и первый приемник излучения второго канала, содержащего спектроделитель и компенсатор, первая линза которого выполнена положительной вогнуто-выпуклой, вторая - отрицательной вогнуто-выпуклой, а третья - положительной вогнуто-выпуклой, и второй приемник излучения. Спектроделитель - положительная вогнуто-выпуклая линза с дихроичным покрытием на выпуклой поверхности, являющаяся одновременно первой линзой компенсатора второго канала и вторичным зеркалом первого канала. Технический результат - повышение энергетической способности системы за счет увеличения относительного отверстия в дальнем инфракрасном диапазоне спектра при обеспечении компактности конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Объектив содержит установленные по ходу луча первое зеркало в виде внеосевого фрагмента вогнутого положительного асферического зеркала, второе зеркало в виде выпуклого отрицательного осесимметричного сферического зеркала. Линзовый компенсатор с оптической силой, составляющей 0,6…0,7 от оптической силы всего объектива, состоит из первого положительного мениска, второй вогнуто-выпуклой отрицательной линзы, третьей выпукло-вогнутой отрицательной линзы, четвертой двояковыпуклой линзы, пятой вогнуто-выпуклой отрицательной линзы, расположенных на одной оптической оси, смещенной относительно оптической оси объектива, на которой находятся центры кривизны первого и второго зеркал, а также имеет действительную апертурную диафрагму, расположенную на втором зеркале. Технический результат - создан двухзеркальный зеркально-линзовый объектив с линзовым компенсатором без центрального экранирования с повышенным качеством изображения в пределах кольцевого углового поля Δω=2° (ωy0-ωymax=6°-8°) в спектральном диапазоне (1,50÷1,70) мкм при повышенной технологичности. 2 ил., 1 табл.

Устройство для наблюдения, предназначенное для наблюдения объекта при увеличении, содержит объектив, апертурную диафрагму; полупрозрачное зеркало, узел зеркала, который принимает составляющую света от полупрозрачного зеркала и расположен так, что сфокусированное изображение объекта образуется на узле зеркала и свет, принимаемый узлом зеркала, отражается обратно к полупрозрачному зеркалу и передается для образования изображения объекта; окуляр для образования оптического изображения объекта. При этом отношение смещения апертурного угла объектива к углу наблюдения окуляра составляет по меньшей мере 3:1. Указанное обеспечивает возможность наблюдения более значительного изменения восприятия глубины наблюдаемого объекта по сравнению с величиной смещения головы человека. Технический результат заключается в обеспечении улучшенного восприятия глубины в моно или стереоскопическом устройстве. 42 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство для наблюдения, предназначенное для наблюдения объекта при увеличении, содержит объектив, апертурную диафрагму; полупрозрачное зеркало, узел зеркала, который принимает составляющую света от полупрозрачного зеркала и расположен так, что сфокусированное изображение объекта образуется на узле зеркала и свет, принимаемый узлом зеркала, отражается обратно к полупрозрачному зеркалу и передается для образования изображения объекта; окуляр для образования оптического изображения объекта. При этом отношение смещения апертурного угла объектива к углу наблюдения окуляра составляет по меньшей мере 3:1. Указанное обеспечивает возможность наблюдения более значительного изменения восприятия глубины наблюдаемого объекта по сравнению с величиной смещения головы человека. Технический результат заключается в обеспечении улучшенного восприятия глубины в моно или стереоскопическом устройстве. 42 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения. Инфракрасная зеркально-линзовая система состоит из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего положительную линзу и главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, второго компонента, содержащего первую и третью положительные и вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзы, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой. Между первым и вторым компонентами формируется действительное промежуточное изображение. В первом компоненте положительная линза выполнена вогнуто-выпуклой, причем ее выпуклая поверхность с отражающим покрытием в центральной зоне выполняет функцию вторичного зеркала. Технический результат - повышение углового разрешения при уменьшении коэффициента телеукорочения. 1 ил., 3 табл.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения. Объектив состоит из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего два асферических зеркала, из которых первое имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе - выпуклым, и второго компонента, содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью отрицательную выпукло-вогнутые линзы, при этом оптическая сила второго компонента в целом - положительная. Между первым и вторым компонентами формируется промежуточное изображение. Выходной зрачок расположен между вторым компонентом и плоскостью изображения. Технический результат - повышение качества изображения путем повышения разрешающей способности за счет увеличения относительного отверстия, а также путем улучшения освещенности и контраста изображения за счет оптимального сопряжения объектива с охлаждаемым матричным приемником излучения. 1 ил., 3 табл.

Наверх