ТЕЛЕСКОП С ДИСКРЕТНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ УВЕЛИЧЕНИЯ ДЛЯ ДАЛЬНЕЙ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА Российский патент 2003 года по МПК G02B23/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным телескопическим системам наблюдательных оптических приборов для инфракрасных лучей с дискретным изменением увеличения, и может быть использовано при наблюдении объектов в ночное время.

Известны инструкции телескопических систем, описанные, например, в заявках на изобретение Великобритании 2076987 (А), кл.G 02 B 23/00, опубл. 09.12.81 г., 2159297 (А), кл. G 02 B 23/00, опубл. 27.11.85 г., 2102588 (А), G 02 B 23/00, 25/00, опубл. 02.02.83 г.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является афокальный телескоп с двулинзовым окуляром, описанный в патенте России 2072736, кл. G 02 B 23/00, 25/00, опубл. 27.01.97 г. Он содержит объектив, состоящий из трех компонентов, и двулинзовый окуляр. Объектив содержит:
- первый компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, его вторая поверхность выполнена асферической;
- второй компонент состоит из двояковогнутой линзы, двух положительных менисков, обращенных один - выпуклостью к изображению, другой - выпуклостью к предмету, компонент установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы;
- третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

Окуляр состоит из двух положительных мениcков, один из которых обращен выпуклостью к изображению, а другой - выпуклостью к предмету. При этом первая поверхность первой линзы окуляра выполнена асферической. Телескоп имеет кратность увеличения

где Г_макс - максимальное видимое увеличение телескопа,
Г_мин - минимальное видимое увеличение телескопа.

Телескоп имеет существенный недостаток - вторая поверхность первой линзы окуляра дает эффект "нарцисса", а именно, изображение плоскости фотоприемника после отражения от указанной поверхности в плоскость фотоприемника, т. е. блик от этой поверхности попадает на плоскость фотоприемника, что приводит к снижению обнаружаемости цели. Этот эффект необходимо устранять в тепловизионных системах.

Задачей изобретения является создание телескопа с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра с кратностью увеличения не менее 3, с ослаблением эффекта "нарцисса", т.е. блик от каждой из поверхностей телескопа не попадает в плоскость изображения, при хорошем качестве изображения точки на оси и вне оси.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается тем, что в телескопе с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра, содержащем объектив и окуляр, объектив состоит из трех компонентов, первый компонент которого - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент стоит из двояковогнутой линзы, двух положительных менисков, обращенных один - выпуклостью к изображению, другой - выпуклостью к предмету, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом вторая поверхность линзы первого компонента выполнена асферической, второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы, окуляр состоит из двух положительных менисков, один из которых обращен выпуклостью к изображению, а другой - выпуклостью к предмету, при этом первая поверхность первой линзы окуляра выполнена асферической, в отличие от известного, в окуляр перед первой линзой введен положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению. Имеют место следующие соотношения:
0,02<d₁/f'_ок<0,05,
0,003<d₂/f'_ок<0,01,
где d₁ - воздушный промежуток между дополнительным мениском и первой и линзойми окуляра телескопа,
d₂ - воздушный промежуток между второй и третьей линзами окуляра телескопа,
f'_ок - фокусное расстояние окуляра телескопа.

На фиг. 1 изображена оптическая схема телескопа; на фиг.2-5 - графики аберраций рассчитанного варианта исполнения телескопа; на фиг.6 приведены результаты расчета эффекта "нарцисса" для ближайшего аналога и предлагаемого изобретения. Расчеты выполнены с эталонным объективом f'=25,3 мм.

Телескоп (фиг. 1) содержит объектив, состоящий из трех компонентов, и трехлинзовый окуляр. Первый компонент - положительный мениск 1, обращенный выпуклостью к предмету, его вторая поверхность выполнена асферической. Второй компонент содержит двояковогнутую линзу 2, положительный мениск 3, обращенный выпуклостью к изображению, и положительный мениск 4, обращенный выпуклостью к предмету. Второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы. Третий компонент содержит отрицательный мениск 5, обращенный вогнутостью к изображению. Трехлинзовый окуляр содержит положительные мениски 6 и 7, обращенные выпуклостью к изображению, и положительный мениск 8, обращенный выпуклостью к предмету. Первая поверхность мениска 7 выполнена асферической.

Телескоп работает следующим образом. Параллельный световой поток от объекта, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит последовательно через линзы 1-5 и образует изображение объекта в плоскости наилучшей установки объектива, которое рассматривается с помощью линз 6-8 окуляра в плоскости выходного зрачка.

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан телескоп с дискретным изменением увеличения для дальнейшей ИК-области спектра, имеющий следующие характеристики:
минимальное увеличение Г_мин=-4,2 крат,
максимальное увеличение Г_макс=-12,6 крат,
угловое поле в пространстве предметов 2σ=(12^o29'...4^o5'),
диаметр входного зрачка Д_вх.зр.=(43,3...130)мм,
диаметр выходного зрачка Д_вых.зр.=10,3 мм,
вынос выходного зрачка t'=43 мм,
спектральный диапазон λ₁-λ₀-λ₂=(8,66...12,2) мкм,
угловая аберрация точки на оси (по зоне), минута 1,52...0,99,
меридиональная кривизна изображения, диоптрия (-0,169)...(-0,175),
сагиттальная кривизна изображения, диоптрия 0,177...(-0,066),
дисторсия, % 1,8...3,6.

Конструктивные данные телескопа с Г_мин=-4,2 крат представлены в табл. 1.

Апертурная диафрагма расположена за линзой 2, на расстоянии 13,6 мм от нее, диаметр апертурной диафрагмы равен 25,5 мм.

Конструктивные данные телескопа с Г_макс=-12,6 крат представлены в табл. 2.

Апертурная диафрагма расположена на первой поверхности линзы 1, ее диаметр равен 130 мм.

Линзы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 обеспечивают увеличение.

Г_мин=-4,2 крат, а линзы 1, 5, 6, 7, 8 обеспечивают увеличение.

Г_макс=-12,6 крат.

Фокусное расстояние объектива телескопа для увеличения Г_мин = -4,2 крат = 150,53 мм.

Фокусное расстояние объектива телескопа для увеличения Г_макс = -12,6 крат = 452,04 мм.

Фокусное расстояние окуляра телескопа = 35,81 мм.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено достижение технического результата - получено хорошее качество изображения: для увеличения Г_мин меридиональная кривизна равна (-0,169)дптр, а для Г_макс - (-0,175)дптр, максимальная дисторсия равна 3,6%, вынос выходного зрачка равен 43 мм при кратности телескопа

и длине телескопа L = Σ d +t' = 293 + 43 = 336 мм,
где Σ d - сумма толщин и воздушных промежутков в телескопе,
t' - вынос выходящего зрачка.

Анализируя результаты расчетов эффекта "нарцисса" в ближайшем аналоге и предложенном изобретении, представленные в таблицах на фиг.6, можно сделать вывод о том, что в предложенном изобретении он значительно уменьшен:
относительная освещенность ES в плоскости изображения от поверхности 6 (вторая поверхность первой линзы окуляра):
в ближайшем аналоге 0,958,
в предложенном изобретении 0,125;
суммарный эффект "нарцисса" в окуляре:
в ближайшем аналоге равен 0,958+0,0089+0,0154=0,982,
в предложенном изобретении равен 0,125+0,057+0,106+0,0198=0,308,
т.е. суммарный эффект "нарцисса" ослаблен в
и

Телескоп содержит объектив и окуляр. Объектив состоит из трех компонентов, первый из которых - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент состоит из двояковогнутой линзы, двух положительных менисков, обращенных один - выпуклостью к изображению, другой - выпуклостью к предмету, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом вторая поверхность линзы первого компонента выполнена асферической. Второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы. Окуляр состоит из двух положительных менисков, один из которых обращен выпуклостью к изображению, а другой - выпуклостью к предмету. Первая поверхность первой линзы окуляра выполнена асферической. В окуляр перед первой линзой введен положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению. Воздушные промежутки между линзами окуляра и его фокус удовлетворяют соотношениям, указанным в формуле изобретения. Обеспечивается кратность увеличения не менее трех и ослабление бликов от поверхности линз телескопа при хорошем качестве изображения. 2 табл. 6 ил.

Телескоп с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра, содержащий объектив и окуляр, объектив состоит из трех компонентов, первый из которых - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент состоит из двояковогнутой линзы, двух положительных менисков, обращенных один - выпуклостью к изображению, другой - выпуклостью к предмету, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом вторая поверхность линзы первого компонента выполнена асферической, второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы, окуляр состоит из двух положительных менисков, один из которых обращен выпуклостью к изображению, а другой - выпуклостью к предмету, при этом первая поверхность первой линзы окуляра выполнена асферической, отличающийся тем, что в окуляр перед первой линзой введен дополнительный положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, при этом имеют место следующие соотношения:
0,02 < d₁/f_oк < 0,05,
0,003 < d₂/f_ок < 0,01,
где d₁ - воздушный промежуток между дополнительным мениском и первой линзой окуляра телескопа;
d₂ - воздушный промежуток между первой и второй линзами окуляра телескопа;
f_oк - фокусное расстояние окуляра телескопа.