СВЕТОСИЛЬНЫЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ ПРЯМОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G02B17/08 

Изобретение относится к оптикоэлектронной технике и может быть использовано в качестве объектива к малогабаритным приборам ночного видения, использующим бипланарные электронно - оптические преобразователи (ЭОП) с прямым переносом изображения.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является двухзеркальная сферическая система Грегори с двухлинзовым компенсатором.

Недостатками этого устройства являются малая светосила, малые поля зрения, большие величины аберраций, что не позволяет использовать пороговые характеристики ЭОПа при обеспечении качественного изображения.

Это обусловлено конструктивными особенностями данного объектива, большой кривизной поля при его малых значениях (до 2 мм при поле 2^o).

Цель изобретения - повышение светосилы объектива, увеличение поля зрения и улучшение качества изображения для работы с ЭОП.

Цель достигается тем, что в светосильном зеркально-линзовом объективе прямого изображения, содержащем пять компонентов, первый компонент выполнен в виде положительной линзы, второй - в виде отрицательной линзы Манжена, третий - в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, четвертый компонент - в виде положительной линзы Манжена, а пятый - в виде положительной линзы с оптической силой, равной 2 - 3 оптической силы объектива, и расположен на расстоянии от плоскости изображения, равном (0,5 - 0,2) F, при этом оптическая сила третьего компонента равна 1,5 - 2,5 оптической силы объектива, а расстояние между вторым и третьим компонентами составляет (0,2 - 0,4) F, между третьим и четвертым компонентами - (0,1 - 0,3) F, где F - фокусное расстояние объектива.

Конструктивное исполнение светосильного зеркально-линзового объектива прямого изображения показано на чертеже. Здесь содержатся первый компонент 1, второй компонент 2, третий компонент 3, четвертый компонент 4 и пятый компонент 5.

Параметры варианта светосильного зеркально-линзового объектива прямого изображения приводятся в таблице.

Параметры такого объектива следующие:
расчетная дина волны - 656 нм;
рабочий спектральный диапазон - (546 - 900) нм;
фокусное расстояние F = 62,85 мм;
геометрическое относительное отверстие 1:1,3;
эффективное относительное отверстие 1:1,5;
линейное поле зрения - 14 мм.

Принцип действия устройства заключается в следующем.

Первый компонент 1, выполненный в виде положительной линзы, в сочетании со вторым компонентом 2 в виде отрицательной линзы Манжена компенсирует хроматические аберрации в заданном спектральном диапазоне (Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. - Л.: Машиностроение (Ленинградское отделение), 1975, с. 355). Пятый компонент 5, в сочетании с центральной частью компонента 2 без зеркального покрытия, компенсируют астигматизм и кривизну поверхности изображения. Компонент 5 устанавливается на расстоянии от плоскости изображения, равном (0,5 - 0,2) F, и выполнен в виде положительной линзы с оптической силой, равной 2 - 3 оптической силы объектива, а расстояние между вторым и третьим компонентами составляет (0,2 - 0,4) F, между третьим и четвертым компонентами составляет (0,1 - 0,3) F.

Промежуточное перевернутое изображение формируется компонентами 1, 2 и 3, расположено между третьим и четвертым компонентом; прямое изображение затем формируется компонентами 4, 3, центральной частью компонента 2 без зеркального покрытия и компонентом 5, компенсируя аберрации перевернутого изображения, при этом оптическая сила третьего компонента составляет 1,5 - 2,5 оптической силы объектива.

Задаваясь критерием качества - величиной полихроматической частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) и учитывая:
толщину защитного стекла фотокатода ЭОП, равную 1,2 мм;
спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотокатода и светопропускания объектива - 0,8 на длине волны 546 нм, 1 на 656 нм и 0,2 на 900 нм;
пространственную частоту 20 линий/мм (рабочая разрешающая способность ЭОП), - получаем следующие расчетные значения (положение плоскости установки - на расстоянии, равном минус 0,01 мм от плоскости Гаусса):
Положение бесконечность:
точка на оси......ЧКХ = 32%
точка поля 4,2 мм от центра изображения.....ЧКХм = 17%
точка поля 7,2 мм от центра изображения.....ЧКХм = 8%
Как видно из расчетов, объектив обеспечивает приемлемое качество изображения для приборов ночного видения, использующих ЭОП, и сравним по показателям качества с системами, скомбинированными из классического объектива и оборачивающей системы, обладая меньшими габаритными и весовыми характеристиками, малым числом оптических деталей.

Положительный эффект изобретения заключается в возможности миниатюризации размеров приборов ночного видения с бипланарным ЭОП с сохранением их качественных характеристик при разработке и изготовлении.

Светосильный зеркально-линзовый объектив прямого изображения относится к оптико-электронной технике и может быть использован в малогабаритных приборах ночного видения. Светосильный зеркально-линзовый объектив прямого изображения позволяет изготавливать малогабаритные приборы ночного видения, использующие бипланарные электронно-оптические преобразователи с прямым переносом изображения. Для этого в объективе, содержащем пять компонентов, первый компонент выполнен в виде положительной линзы, второй и четвертый - в виде линз Манжена, а оптическая сила третьего и пятого компонентов, воздушные промежутки и фокусное расстояние объектива взаимосвязаны между собой. 1 ил., 1 табл.

Светосильный зеркально-линзовый объектив прямого изображения, содержащий пять компонентов, первый из которых - положительная линза, второй - отрицательная линза Манжена, третий - положительная линза, четвертый - положительная линза Манжена и пятый - положительная линза, отличающийся тем, что третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, и его оптическая сила равна 1,5 - 2,5 оптической силы объектива, при этом центральная часть второго компонента выполнена без зеркального покрытия, а пятый компонент имеет оптическую силу, равную 2 - 3 оптической силы объектива и расположен на расстоянии от плоскости изображения, равном (0,05 - 0,2)F, а расстояние между вторым и третьим компонентами составляет (0,2 - 0,4)F, между третьим и четвертым компонентами составляет (0,1 - 0,3)F, где F - фокусное расстояние объектива.