ИНФРАКРАСНЫЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2006 года по МПК G02B17/08 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, работающим в среднем и дальнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизионных приборах.

Известен зеркально-линзовый объектив [Г.Г.Слюсарев, «Расчет оптических систем», Ленинград, «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1975 г., стр.355, рис.IV.11], содержащий первую линзу, которая в периферийной части является положительным мениском, обращенным вогнутостью к изображению, а в центральной части является двояковогнутой, причем вторая слева поверхность периферийной и центральной частей является общей, а вторая справа поверхность в центральной части является контрзеркалом, вторую - отрицательную менисковую линзу, обращенную вогнутостью к предмету, имеющую на второй поверхности отражающее покрытие, которое является главным зеркалом, причем в центральной части эта линза имеет отверстие, и третью линзу, расположенную между первой линзой и плоскостью изображений в сходящемся пучке лучей, являющейся отрицательным мениском, обращенным вогнутостью к изображению. Недостаток данного объектива - низкое качество изображения, в частности большой астигматизм и дисторсия и недостаточная технологичность первой линзы, так как она имеет сложную форму.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является зеркально-линзовый объектив [Патент ФРГ № 2929678, G 02 В 17/08, публ. 1981 г.], содержащий выпукло-плоскую линзу, обращенную плоскостью к изображению, на второй, плоской поверхности которой в центральной части нанесено зеркальное отражающее покрытие, которое является контрзеркалом, отрицательную менисковую линзу, обращенную вогнутостью к предмету, имеющую на второй поверхности отражающее покрытие, которое является главным зеркалом, причем в центральной части эта линза имеет отверстие, и положительный мениск, расположенный между первой линзой и плоскостью изображений и обращенный вогнутостью к изображению.

Объектив имеет относительное отверстие до 1:1,25, фокусное расстояние 100 мм и задний фокальный отрезок не более 6,54 мм. Однако этот объектив работает в видимом диапазоне спектра и у него недостаточно большое фокусное расстояние и недостаточно большой задний фокальный отрезок.

Задачей заявляемого изобретения является создание инфракрасного зеркально-линзового объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - повышение фокусного расстояния инфракрасного зеркально-линзового объектива; заднего фокального отрезка при относительном отверстии 1:2, угле поля зрения 2W=7 град. и расширение спектрального диапазона при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в инфракрасном зеркально-линзововом объективе, содержащем первую одиночную положительную линзу, главное зеркало, выполненное в виде кольцеобразного отражающего покрытия, нанесенного на выпуклой поверхности отрицательной менисковой линзы, обращенной вогнутостью к предмету и имеющей отверстие в центральной части, контрзеркало, и положительный одиночный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, расположенный в сходящемся пучке лучей между контрзеркалом и плоскостью изображений, в котором, в отличие от известного, первая линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а контрзеркало имеет сферическую форму, обращено выпуклостью к изображению и находится между первой линзой и отрицательной менисковой линзой.

Кроме того, первая линза может иметь отверстие в центральной части.

Показатели преломления всех линз объектива могут быть более 2.

Кроме того, все линзы могут быть выполнены из материала, прозрачного для ИК-диапазона длин волн от 3 до 5 мкм или для дальнего спектрального ИК-диапазона длин волн от 8 до 12,5 мкм.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива.

Инфракрасный зеркально-линзовый объектив состоит из первой положительной линзы 1, выполненной в виде мениска, обращенного выпуклостью к предмету, отрицательной менисковой линзы 2, обращенной вогнутостью к предмету, с кольцеобразным зеркальным отражающим слоем 3, нанесенным на ее вторую поверхность и выполняющим функцию главного зеркала; контрзеркала 4, выпуклая сферическая поверхность которого обращена к изображению и расположенного между линзой 1 и линзой 2, положительного мениска 5, обращенного вогнутостью к изображению и находящегося между контрзеркалом 4 и плоскостью изображений в сходящемся пучке лучей. Перед объективом может быть установлено защитное стекло (плоскопараллельная пластина). За линзой 5 может быть расположена плоскопараллельная пластина. Линза 2 может иметь отверстие в центральной части.

Инфракрасный зеркально-линзовый объектив работает следующим образом: световой поток периферийно по кольцу проходит через линзу 1, затем, отразившись от второй внутренней поверхности 3 отрицательной менисковой линзы 2, падает на контрзеркало 4, которое направляет этот поток на компенсатор полевых аберраций - линзу 5, после которой он формирует изображение объекта наблюдения в задней фокальной плоскости объектива F'.

В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный вариант инфракрасного зеркально-линзового светосильного объектива, исправленный в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.

Конструктивные параметры объектива приведены в таблице.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние180,24 ммотносительное отверстие1:2угол поля зрения7 град.задний фокальный отрезок15,27 мм

Объектив имеет следующие аберрации для λ=10 мкм:

поперечная сферическая аберрация для точки на осине более 0,0044 ммпоперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля  зрения 2W=7 град.не более 0,017 ммпоперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=7 град.не более 0,012 мммеридиональный астигматический отрезок Х'_мне более 0,028 ммсагиттальный астигматический отрезок X'_sне более 0,03 ммдисторсия не более0,35%

Кроме того, в объективе отсутствует дефицитный германий, все линзы выполнены из селенида цинка (например, из оптической керамики ПО4).

Как видно из таблицы, показатели преломления всех линз более 2.

В предлагаемом объективе все линзы выполнены из материала, прозрачного для ИК-диапазона длин волн от 3 до 5 мкм и от 8 до 12,5 мкм.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан инфракрасный зеркально-линзовый объектив с фокусным расстоянием, равным 180,24 мм, с задним фокальным отрезком 15,27 мм при относительном отверстии 1:2, угле поля зрения 2W=7 град.; работающего в среднем и в дальнем ИК-диапазоне спектра при высоком качестве изображения.

ТаблицаРадиусы, ммТолщины, ммМатериалПоказатель преломления для λ=10 мкмСветовой диаметр, ммR₁=201,76   90 d₁=7,5ZnSe2,4067 R₂=264,228   88,4 d₂=70   R₃=-188,85   78,6 d₃=7,5ZnSe2,4067 R₄=-230,67   80 d₄=-7,5ZnSe2,4067 R₅=-188,85   78,6 d₅=-60   R₆=-305,5   38,2 d₆=60   R₇=39,167   25,7 d₇=2,5ZnSe2,4067 R₈=44,866   24,8

Изобретение относится к объективам, работающим в дальнем или в среднем ИК-диапазоне и может быть использовано в тепловизионных приборах. Объектив состоит из первой положительной линзы, выполненной в виде мениска, обращенной выпуклостью к предмету, отрицательной менисковой линзы, обращенного вогнутостью к предмету, с кольцеобразным зеркальным отражающим слоем, нанесенным на ее вторую поверхность и выполняющим функцию главного зеркала, контрзеркала, имеющего сферическую форму и обращенной выпуклостью к изображению и расположенного между первой линзой и второй линзами, и положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению и находящегося между контрзеркалом и плоскостью изображений в сходящемся пучке лучей. Вторая линза имеет отверстие в центральной части. Перед объективом и за ним может быть установлено защитное стекло (плоскопараллельная пластина). В объективе все линзы могут быть выполнены из материала, прозрачного для ИК-диапазона длин волн от 3 до 5 мкм или для дальнего спектрального ИК-диапазона от 8 до 12,5 мкм. Технический результат - повышение фокусного расстояния и заднего фокального отрезка объектива и расширение спектрального диапазона при высоком качестве изображения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Инфракрасный зеркально-линзововый объектив, содержащий первую одиночную положительную линзу, главное зеркало, выполненное в виде кольцеобразного отражающего покрытия, нанесенного на выпуклой поверхности отрицательной менисковой линзы, обращенной вогнутостью к предмету и имеющей отверстие в центральной части, контрзеркало и положительный одиночный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, расположенный между контрзеркалом и плоскостью изображений, отличающийся тем, что в объективе первая линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а контрзеркало имеет сферическую форму, обращено выпуклостью к изображению и находится между первой линзой и отрицательной менисковой линзой.2. Инфракрасный зеркально-линзовый объектив по п.1, отличающийся тем, что первая линза имеет отверстие в центральной части.3. Инфракрасный зеркально-линзовый объектив по п.2, отличающийся тем, что показатели преломления всех линз более 2.4. Инфракрасный зеркально-линзовый объектив по п.3, отличающийся тем, что в предлагаемом объективе все линзы выполнены из материала, прозрачного для ИК- диапазона длин волн от 3 до 5 мкм.5. Инфракрасный зеркально-линзовый объектив по п.3, отличающийся тем, что в предлагаемом объективе все линзы выполнены из материала, прозрачного для ИК-диапазона длин волн от 8 до 12,5 мкм.