Инфракрасная зеркально-линзовая система

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

Известна зеркально-линзовая система (см. патент US 7082001 B2, опубл. 25.07.2006 г., схема на фиг. 1), содержащая первый компонент, формирующий действительное промежуточное изображение и состоящий из главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием и вогнуто-выпуклой линзы, причем ее вогнутая асферическая поверхность выполнена с отражающим покрытием и выполняет функцию вторичного зеркала, и второй компонент, осуществляющий перенос промежуточного изображения в плоскость чувствительных элементов приемника излучения. Во втором компоненте первая и вторая линзы вогнуто-выпуклые, третья - двояковыпуклая, четвертая - вогнуто-выпуклая и пятая - выпукло-вогнутая, причем третья линза выполнена асферо-дифракционной. В первом компоненте выпукло-вогнутая линза выполнена из германия, три линзы второго компонента выполнены из арсенида галлия, две - из селенида цинка. Фокусное расстояние системы f' не более 220 мм, угловое поле зрения 2ω=2,64°, спектральный диапазон работы 3,9…5 мкм.

Недостатками указанной системы являются небольшое значение фокусного расстояния и большое число линз во втором компоненте.

Также известна зеркально-линзовая система (см. патент РФ 2355003 C1, МПК7 G02B 17/08, опубл. 10.05.2009 г.), содержащая первый компонент, состоящий из главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием, вторичного выпуклого асферического зеркала, компенсатора полевых аберраций, выполненного в виде положительной выпукло-вогнутой линзы из селенида цинка и второго компонента, содержащего вогнуто-выпуклую линзу из германия, двояковыпуклую линзу из кремния, две выпукло-вогнутые линзы из кремния и выпукло-вогнутую линзу из германия. Между первым и вторым компонентами формируется промежуточное изображение. Фокусное расстояние системы f'=379,6 мм; относительное отверстие 1:2,05; угловое поле зрения 2ω=1,8°, спектральный диапазон работы 3…5 мкм. Длина оптической системы от выпуклой поверхности вторичного зеркала до плоскости чувствительных элементов приемника излучения L=299,6 мм. Величина коэффициента телеукорочения системы составляет TL=L/f'=0,79.

К недостаткам системы можно отнести большое число линз во втором компоненте, а также большое значение коэффициента телеукорочения.

Наиболее близкой к заявляемой системе по технической сущности, выбранной в качестве прототипа, является зеркально-линзовая система (см. патент CN 104035188 A, МПК7 G02B 13/18, 13/14, 17/08, опубл. 09.10.2014 г.), состоящая из первого компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу, главное асферическое зеркало с центральным отверстием и вторую плосковогнутую линзу, с отражающим покрытием на плоской поверхности, выполняющую функцию вторичного зеркала, и второго компонента, содержащего три линзы, из которых первая выполнена двояковогнутой, вторая - положительной вогнуто-выпуклой, а третья - положительной выпукло-вогнутой. Первый компонент формирует промежуточное изображение, которое вторым компонентом переносится в плоскость чувствительных элементов охлаждаемого приемника излучения. Система предназначена для работы в спектральном диапазоне 3,7…4,8 мкм; фокусное расстояние f'=168 мм; относительное отверстие 1:2; коэффициент центрального экранирования 0,35; линейное поле зрения 9,6×7,68 мм (формат матрицы фотоприемного устройства 320×256, с шагом элементов 30 мкм).

Длина оптической системы от первой поверхности первой линзы до плоскости чувствительных элементов приемника излучения L=150 мм, причем существенный вклад вносит второй компонент, в котором расстояние вдоль оптической оси от первой поверхности первой линзы до последней поверхности третьей линзы не менее 50 мм. Величина коэффициента телеукорочения системы составляет TL=L/f'=0,9. При фокусном расстоянии f'=168 мм и размере чувствительного элемента 30 мкм элементарное угловое поле зрения системы составляет ωэ=30/f'=0,18 мрад.

Недостатками прототипа являются большое значение коэффициента телеукорочения, а также элементарное угловое поле зрения системы, не обеспечивающее достаточное угловое разрешение.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение углового разрешения инфракрасной зеркально-линзовой системы при уменьшении коэффициента телеукорочения.

Поставленная задача решается за счет того, что в инфракрасной зеркально-линзовой системе, состоящей из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего положительную линзу и главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, второго компонента, содержащего первую, вторую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, при этом между первым и вторым компонентами формируется действительное промежуточное изображение, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, в первом компоненте положительная линза выполнена вогнуто-выпуклой, причем ее выпуклая поверхность с отражающим покрытием в центральной зоне выполняет функцию вторичного зеркала, а во втором компоненте первая линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, а вторая - отрицательной выпукло-вогнутой.

На фигуре 1 представлена оптическая схема инфракрасной зеркально-линзовой системы.

Система состоит из расположенных по ходу лучей первого компонента I, содержащего положительную вогнуто-выпуклую линзу 1, выпуклая поверхность которой с отражающим покрытием в центральной зоне выполняет функцию вторичного зеркала и главное вогнутое асферическое зеркало 2 с центральным отверстием, второго компонента II, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу 3, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 4 и третью положительную выпукло-вогнутую линзу 5, и приемника излучения 6 с охлаждаемой диафрагмой 7, при этом между первым I и вторым II компонентами формируется действительное промежуточное изображение.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемой инфракрасной зеркально-линзовой системы.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения заявляемой системы.

1), 2) - асферические поверхности.

В таблице 3 приведены соотношения, выполняемые в заявляемой системе.

Инфракрасная зеркально-линзовая система работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта периферийно по кольцу проходит через линзу 1 первого компонента I, затем, отразившись от вогнутой поверхности главного зеркала 2, попадет на центральную часть выпуклой поверхности линзы 1, отражается от нее и фокусируется в плоскости действительного промежуточного изображения, после чего формируемое в этой плоскости изображение линзами 3, 4, 5 второго компонента II переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 6. Диаметр пучка излучения определяется диаметром охлаждаемой диафрагмы 7 приемника излучения 6.

Как следует из таблицы 1, фокусное расстояние заявляемой системы f'=560 мм, длина L=356,3 мм, коэффициент телеукорочения системы составляет TL=L/f'=0,635, что меньше, чем в прототипе в 1,4 раза. Уменьшение коэффициента телеукорочения обеспечивается выполнением для компонентов системы соотношений, приведенных в таблице 3, а также выбором более компактной конструкции второго компонента II, в котором расстояние от первой поверхности первой линзы 3 до последней поверхности третьей линзы 5 составляет 25 мм (см. табл. 2).

В заявляемой системе элементарное угловое поле зрения для размера чувствительного элемента, схожего с прототипом, составляет ωэ=30/f'=0,053 мрад, что меньше чем в прототипе в 3,4 раза.

Таким образом, выполнение инфракрасной зеркально-линзовой системы в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить угловое разрешение, обеспечив при этом уменьшение коэффициента телеукорочения.

Инфракрасная зеркально-линзовая система, состоящая из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего положительную линзу и главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, второго компонента, содержащего первую, вторую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, при этом между первым и вторым компонентами формируется действительное промежуточное изображение, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, отличающаяся тем, что в первом компоненте положительная линза выполнена вогнуто-выпуклой, причем ее выпуклая поверхность с отражающим покрытием в центральной зоне выполняет функцию вторичного зеркала, а во втором компоненте первая линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, а вторая - отрицательной выпукло-вогнутой.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, второго компонента, установленного с возможностью ввода-вывода в оптический тракт и содержащего первую отрицательную и вторую положительную вогнуто-выпуклые линзы и третью положительную выпукло-вогнутую линзу, третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную вогнуто-выпуклые линзы, третью выпукло-вогнутую и четвертую вогнуто-выпуклую положительные линзы, и фотоприемного устройства.

Объектив может быть использован в тепловизорах с фотоприемными устройствами в виде микроболометрической матрицы, не требующей охлаждения до криогенных температур, работающей в спектральной области 8-12 мкм.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит три мениска, первый из которых - положительный, второй - отрицательный, третий - положительный.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, не требующими охлаждения до криогенных температур, чувствительных в спектральном диапазоне 8-12 мкм.

Объектив может быть использован в оптико-электронных приборах в условиях ограничения по массе и габаритам при эксплуатации. Объектив включает расположенные по ходу луча первый положительный мениск с одной асферической поверхностью, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, второй мениск с возможностью его поворота на 180° и перемещения по оптической оси и третий положительный мениск с одной асферической поверхностью, обращенный вогнутостью к плоскости изображений.

Изобретение относится к технологии выращивания профилированных монокристаллов германия из расплава, применяемых в качестве материала для детекторов ионизирующих излучений, для изготовления элементов оптических и акустооптических устройств ИК-диапазона – линз и защитных окон объективов тепловизионных приборов, лазеров на окиси углерода, а также для изготовления подложек фотоэлектрических преобразователей.

Изобретение может быть использовано в наблюдательных приборах и телевизионных обзорных комплексах. Объектив содержит апертурную диафрагму и четыре компонента.

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.

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.

Телескоп содержит зеркально-линзовый осевой объектив с некруглой апертурой, включающий собирающую входную линзу, в центре которой расположено выпуклое вторичное зеркало, вогнутое главное зеркало-линзу и предфокальный двухлинзовый корректор, и оптомеханическую конструкцию. Плоскость изображения находится вблизи задней поверхности крепежной системы главного зеркала. Корректор размещен в центре главного зеркала-линзы. В главном и вторичном зеркалах установлены внутренние бленды. Оптомеханическая конструкция содержит боковые стойки, шпангоут, размещенный на нем держатель, внутри которого размещен корректор, а на внешней стороне закреплены главное зеркало-линза и бленда. Сборки входной линзы с вторичным зеркалом и главного зеркала-линзы с корректором соединены боковыми стойками, закрепленными со стороны главного зеркала-линзы на шпангоуте, а со стороны входной линзы - на ее держателе. Вторичное зеркало закреплено на входной линзе посредством держателя вторичного зеркала и его бленды. Фотоприемник закреплен на внешнем торце держателя главного зеркала-линзы. Технический результат - обеспечение высокодетальной космической съемки поверхности Земли при размещении телескопа на КА микрокласса за счет уменьшения габаритов. 11 з.п. ф-лы, 8 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.

Наверх