Зеркально-линзовый объектив для работы в ближнем ик-спектральном диапазоне



Зеркально-линзовый объектив для работы в ближнем ик-спектральном диапазоне
Зеркально-линзовый объектив для работы в ближнем ик-спектральном диапазоне
Зеркально-линзовый объектив для работы в ближнем ик-спектральном диапазоне

 


Владельцы патента RU 2631531:

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

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° (ωy0ymax=6°-8°) в спектральном диапазоне (1,50÷1,70) мкм при повышенной технологичности. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к зеркально-линзовым объективам, и может быть использовано в космических телескопах.

Известны зеркально-линзовые оптические системы с одним или двумя отражениями, близкие по технической сущности к предлагаемому объективу, отличающиеся схемным решением и степенью коррекции аберраций. Например, зеркально-линзовый объектив по патенту US №6674571 В2, МПК G02B 17/00, Guy Henri Abel Cerutti-Maori, Thierry Viard, опубликованному 27.06.2002 г., который состоит из вогнутого внеосевого асферического зеркала, двухлинзового ахромата-корректора апертуры, внеосевого трехлинзового ахромата-корректора поля, а также зрачка, расположенного на первой поверхности двухлинзового ахромата-корректора апертуры. Такая схема обладает существенным недостатком - требуется изготовление двух внеосевых оптических элементов, которые усложняют сборку и юстировку объектива.

Известен зеркально-линзовый объектив по патенту US №5287218, МПК G02B 17/08, 27/44, Chungte W. Chen, опубликованному 15.02.1994 г., представляющий собой два внеосевых вогнутых асферических зеркала, преломляющий оптический элемент, состоящий из пяти линз: первой - положительной вогнуто-выпуклой, второй - отрицательной выпукло-вогнутой, третьей - положительной двояковыпуклой, четвертой - положительной вогнуто-выпуклой, пятой - отрицательной выпукло-плоской, причем она также является дифракционным элементом, а вторая и третья линзы образуют дублет. Выходной зрачок объектива располагается между вторым зеркалом и линзовым оптическим элементом. Наличие в объективе двух внеосевых асферических зеркал значительно осложняет его сборку, юстировку и контроль.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является двухзеркальный объектив с эксцентрично расположенным входным зрачком и полем изображения, описанный в публикации Holly A. Bender*, Pantazis Mouroulis, Robert О. Green, Daniel W. Wilson Optical design, performance and tolerancing of next-generation airborne imaging spectrometers, Imaging Spectrometry XV, Proc. of SPIE Vol. 7812, 78120P 2010 CCC code: 0277-786X/10/$18 doi: 10.1117/12.861331. Он представляет собой систему из двух зеркал, установленных последовательно по ходу луча первого - выпуклого внеосевого, второго - вогнутого внеосевого. В данном зеркальном объективе оба зеркала являются внеосевыми, что приводит к усложнению механической конструкции объектива и затруднениям при его сборке. Отсутствие действительной апертурной диафрагмы также значительно осложняет его юстировку и контроль, более того мнимая апертурная диафрагма увеличивает риск паразитной засветки.

Задачей данного изобретения является создание зеркально-линзового объектива для работы в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК) с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - создание двухзеркального зеркально-линзового объектива с линзовым компенсатором без центрального экранирования с повышенным качеством изображения в пределах кольцевого углового поля Δω=2° (ωy0ymax=6°-8°) в спектральном диапазоне (1,50÷1,70) мкм и повышенной технологичностью.

Это достигается тем, что в зеркально-линзовом объективе для работы в ближнем инфракрасном спектральном диапазоне, состоящем из последовательно установленных по ходу луча двух зеркал, первое из которых выполнено в виде внеосевого фрагмента, в отличие от известного, первое зеркало выполнено вогнутым положительным асферическим, обращенным вогнутостью к плоскости предметов, второе зеркало выполнено выпуклым отрицательным осесимметричным сферическим, обращенным выпуклостью к первому зеркалу, кроме того, добавлен линзовый компенсатор с оптической силой, составляющей 0,6…0,7 от оптической силы зеркально-линзового объектива, расположенный по ходу луча за вторым зеркалом и состоящий из первой линзы, выполненной в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, второй - вогнуто-выпуклой отрицательной линзы, обращенной выпуклостью к плоскости изображения, третьей - выпукло-вогнутой отрицательной линзы, обращенной вогнутостью к плоскости изображения, четвертой - двояковыпуклой линзы, пятой - вогнуто-выпуклой отрицательной линзы, обращенной выпуклостью к плоскости изображения, расположенных на одной оптической оси, смещенной относительно оптической оси зеркально-линзового объектива, на которой находятся центры кривизны первого и второго зеркал, при этом действительная апертурная диафрагма расположена на втором зеркале.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема зеркально-линзового объектива, а на фиг. 2 - его полихроматическая модуляционная передаточная функция (МПФ) в спектральном диапазоне (1,50÷1,70) мкм для края углового поля.

Зеркально-линзовый объектив (фиг. 1) состоит из установленных последовательно по ходу луча, первого зеркала 1, второго зеркала 2, линзового компенсатора 3, апертурной диафрагмы 4, причем в состав линзового компенсатора 3 входят линзы 5, 6, 7, 8, 9. Первое зеркало 1 выполнено в виде внеосевого фрагмента вогнутого асферического зеркала, обращенного вогнутостью к плоскости предметов. Осесимметричная асферическая поверхность первого зеркала 1 описывается следующей формулой:

где (x, y, z) - координаты точки на поверхности зеркала относительно центра О на оси симметрии Oz; R - радиус при вершине асферической поверхности и может быть как положительным, так и отрицательным, указывая направление относительно оси z положения центра кривизны асферической поверхности, K - коническая константа. Второе зеркало 2 выполнено в виде осесимметричного выпуклого сферического зеркала, обращенного выпуклостью к первому зеркалу. Линзовый компенсатор 3 состоит из пяти расположенных на общей оси линз: 5, 6, 7, 8, 9. Оптическая сила линзового компенсатора составляет 0,6…0,7 от оптической силы зеркально-линзового объектива. Линзовый компенсатор 3 расположен по ходу луча за вторым зеркалом 2 и состоит из первой линзы 5, выполненной из оптического бесцветного стекла группы «флинт» в виде осесимметричного положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, причем обе ее рабочие поверхности сферические. Вторая линза линзового компенсатора 3 выполнена из оптического бесцветного стекла группы «флинт» в виде осесимметричной вогнуто-выпуклой отрицательной линзы 6, обращенной выпуклостью к плоскости изображения, причем обе ее рабочие поверхности сферические. Третья линза линзового компенсатора 3 выполнена из оптического бесцветного стекла группы «флинт» в виде осесимметричной выпукло-вогнутой отрицательной линзы 7, обращенной вогнутостью к плоскости изображения, причем обе ее рабочие поверхности сферические. Четвертая линза линзового компенсатора 3 выполнена в виде осесимметричной двояковыпуклой линзы 8 из оптического бесцветного стекла группы «крон», причем обе ее рабочие поверхности сферические. Пятая линза линзового компенсатора 3 выполнена из оптического бесцветного стекла группы «флинт» в виде осесимметричной вогнуто-выпуклой отрицательной линзы 9, обращенной выпуклостью к плоскости изображения, причем обе ее рабочие поверхности сферические. Центры кривизны зеркал находятся на оптической оси зеркально-линзового объектива, центры кривизны линз линзового компенсатора 3 находятся на общей оси, которая смещена относительно оптической оси зеркально-линзового объектива вверх на 9,53 мм, а апертурная диафрагма 4 расположена на втором зеркале 2.

Зеркально-линзовый объектив работает следующим образом. Свет от источника излучения попадает на первое зеркало 1, отражается от поверхности первого зеркала 1, затем попадает на второе зеркало 2, отражается от поверхности второго зеркала 2, после чего попадает на линзовый компенсатор 3, проходит последовательно линзы 5, 6, 7, 8, 9 и фокусируется в плоскости изображения.

По данному техническому решению рассчитан зеркально-линзовый объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице 1.

Значения величин, приведенные в таблице 1, соответствуют зеркально-линзовому объективу со следующими характеристиками:

- Фокусное расстояние: 100 мм.

- Относительное отверстие:

- Угловое поле в меридиональном направлении ωy0=6°, ωymax=8°.

- Угловое поле в сагиттальном направлении 2ωx=2°.

Объектив имеет следующие аберрации для длины волны λ=1,62 нм.

- Поперечная сферическая аберрация широких наклонных пучков в пределах всего углового поля не более 0,005 мм.

- Меридиональный астигматический отрезок не более 0,072 мм.

- Сагиттальный астигматический отрезок не более 0,046 мм.

- Дисторсия не более 0,8%.

- Хроматизм положения в спектральном диапазоне (1,50÷1,70) мкм не более 9,36 мкм.

Таким образом, создан зеркально-линзовый объектив без центрального экранирования, имеющий высокое качество изображения в пределах кольцевого углового поля Δω=2° (ωy0ymax=6°-8°) в спектральном диапазоне (1,50÷1,70) мкм, в котором центрального экранирования удается избежать за счет использования как внеосевого фрагмента зеркала, так и осевого осесимметричного зеркала, а также наличия линзового компенсатора и специального расположения апертурной диафрагмы.

Зеркально-линзовый объектив для работы в ближнем инфракрасном спектральном диапазоне, состоящий из последовательно установленных по ходу луча двух зеркал, первое из которых выполнено в виде внеосевого фрагмента, отличается тем, что первое зеркало выполнено вогнутым положительным асферическим, обращенным вогнутостью к плоскости предметов, второе зеркало выполнено выпуклым отрицательным осесимметричным сферическим, обращенным выпуклостью к первому зеркалу, кроме того, добавлен линзовый компенсатор с оптической силой, составляющей 0,6…0,7 от оптической силы зеркально-линзового объектива, расположенный по ходу луча за вторым зеркалом, и состоящий из первой линзы, выполненной в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, второй - вогнуто-выпуклой отрицательной линзы, обращенной выпуклостью к плоскости изображения, третьей - выпукло-вогнутой отрицательной линзы, обращенной вогнутостью к плоскости изображения, четвертой - двояковыпуклой линзы, пятой - вогнуто-выпуклой отрицательной линзы, обращенной выпуклостью к плоскости изображения, расположенных на одной оптической оси, смещенной относительно оптической оси зеркально-линзового объектива, на которой находятся центры кривизны первого и второго зеркал, при этом действительная апертурная диафрагма расположена на втором зеркале.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах на основе охлаждаемых матричных приемников. Телеобъектив содержит по ходу луча четыре компонента.

Изобретение может быть использовано в объективах, работающих в дальнем ИК-диапазоне. Объектив состоит из четырех компонентов по ходу лучей.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, работающих в спектральном диапазоне 8-12 мкм. Объектив содержит четыре мениска, закрепленные в корпусе из алюминиевого сплава.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, чувствительными в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит два одиночных положительных мениска, обращенных выпуклостью к плоскости предметов.

Объектив может быть использован в тепловизорах с матричными фотоприемниками, чувствительными в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит три мениска.

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами, осуществляющих обнаружение и распознавание объектов.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается оптической системы тепловизионного прибора. Оптическая система включает в себя объектив, приемник излучения с охлаждаемой диафрагмой, блок обработки информации, датчик температуры, блок позиционирования и блок обработки информации.

Двухспектральная оптическая система содержит главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое асферическое зеркало, спектроделитель, тепловизионный канал с первым, вторым и третьим объективами, а также фотоприемным устройством и устройством переключения потоков излучения, два телевизионных канала с объективом и фотоприемным устройством в каждом из каналов и устройство управления и обработки информации.

Компактный объектив среднего ИК диапазона предназначен для использования с охлаждаемыми фотоприемными устройствами среднего ИК диапазона. Объектив состоит из входной и проекционной частей.

Объектив содержит 3 мениска. Первый и третий мениски - положительные, выполнены из германия.

Изобретение может быть использовано в наблюдательных приборах и телевизионных обзорных комплексах. Объектив содержит апертурную диафрагму и четыре компонента. Первый компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету и склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Третий - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, склеенный из отрицательного и положительного менисков. Четвертый - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению. Фокусные расстояния компонентов удовлетворяют условиям: F0/F1=0,1÷1,0; F2/F0=0,5÷0,9; F0/|F3|=0,1÷1,0; |F4|/F0=0,5÷0,9, где F1, F2, F3, F4, F0 - фокусные расстояния первого, второго, третьего, четвертого компонентов и объектива соответственно. Технический результат - повышение качества изображения, уменьшение длины и увеличение рабочего отрезка объектива. 6 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл.
Наверх