ЗЕРКАЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2007 года по МПК G02B17/06 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может найти применение как короткофокусный светосильный зеркальный объектив с широким полем зрения и высоким угловым разрешением, обеспечивающим высокое качество изображение по всему полю.

Наиболее близким к предложенному изобретению является зеркальный объектив, содержащий четыре зеркала, первое из которых выпуклое гиперболическое, второе - вогнутое эллиптическое, третье - плоское, четвертое - вогнутое параболическое, причем оптические оси первого, второго и четвертого зеркал совмещены (SU 551591 А, 20.04.77).

- Однако этот объектив имеет целый ряд недостатков - малое поле зрения, невысокая светосила. Изображение строится внутри объектива в неудобном для установки приемника месте, что, кроме всего, затрудняет установку схем для обеспечения приема одновременно в нескольких диапазонах. В объективе три зеркала асферические, что делает проблематичным изготовление зеркал с качеством, достаточным для использования в УФ-диапазоне.

Техническим результатом изобретения является:

- увеличение поля зрения;

- появление места между зеркалами и плоскостью изображения, достаточного для установки многодиапазонного узла приемников, в том числе с охлаждением;

- обеспечение изображения с малыми аберрациями без применения асферических поверхностей, что важно для получения качества, требуемого для УФ оптики.

Технический результат достигается тем, что зеркальный объектив, характеризующейся тем, что на одной оптической оси размещены два вогнутых сферических зеркала с центральными отверстиями и два выпуклых сферических зеркала, одно из которых выполнено с центральным отверстием, причем по ходу луча установлены выпуклое зеркало с центральным отверстием, вогнутое зеркало с центральным отверстием, выпуклое зеркало и вогнутое зеркало с центральным отверстием, при этом радиусы кривизны зеркал подобраны так, что лучи на первое зеркало проходят через отверстие второго зеркала, лучи на третье зеркало проходят через отверстие первого зеркала или за внешними его границами, а от четвертого зеркала лучи проходят за внешними границами третьего зеркала за пределы размещения зеркал на многоканальный узел приемников.

На фиг.1 представлена принципиальная оптическая схема описываемого объектива. На фиг.2 - вариант расположения зеркал друг относительно друга.

Схема содержит выпуклое с центральным отверстием зеркало 1, вогнутое с центральным отверстием зеркало 2, выпуклое зеркало 3 и вогнутое с центральным отверстием зеркало 4. Пройдя через отверстие зеркала 2, пучок лучей падает на зеркало 1, которое направляет его в обратном направлении на зеркало 2, отразившись от которого лучи через отверстие в зеркале 1 или за его внешними границами падают на зеркало 3. Зеркало 3 направляет пучок лучей в обратном направлении на зеркало 4, которое направляет его за периметром зеркала 3 и фокусирует излучение на требуемом удалении от границ зеркала 3.

При такой последовательности выпуклых и вогнутых зеркал и сочетании зеркал с пропусканием излучения в центре и за внешними границами удается найти соотношения между кривизнами сферических поверхностей зеркал и их расположением, при которых обеспечиваются высокие качества изображения.

Фиг.1 и 2 представляют варианты расположения зеркал друг относительно друга, а также схемы прохождения и отражения лучей для объективов с двумя различными фокусными расстояниями.

Фиг.1 соответствует рассчитанному варианту объектива с фокусным расстоянием f=50 мм. Объектив имеет:

- диаметр входного зрачка D=36,25 мм (эквивалентный диаметр входного зрачка 25 мм);

- относительное отверстие 1:1,4 (эквивалентное относительное отверстие 1:2);

- поле зрения 2β=23°;

- разрешение не менее 100 шт/мм. При этом максимальный диаметр зеркал (зеркало 4) не превышает 120 мм.

- Длина всего объектива (расстояние от входного отверстия до приемника) составляет ˜220мм.

Фиг.2 соответствует рассчитанному варианту объектива с фокусным расстоянием f=20 мм. Объектив имеет:

- диаметр входного зрачка D=16,6 мм (эквивалентный диаметр входного зрачка 12 мм);

- относительное отверстие 1:1,2 (эквивалентное относительное отверстие 1:1,7);

- поле зрения 2β=57°;

- разрешение не менее 100 шт/мм. При этом максимальный диаметр зеркал (зеркало 4) не превышает 130 мм;

- длина всего объектива (расстояние от входного отверстия до приемника) составляет ≤160 мм.

В различных вариантах последовательность расположения зеркал может меняться. Например, в варианте с f=50 мм зеркала располагаются в последовательности от входа к выходу: 2-4-1-3. В варианте с f=20 мм зеркала располагаются в последовательности от входа к выходу: 4-2-1-3.

Преимуществами предложенного изобретения являются:

- выполнение объектива только из зеркальных элементов исключает хроматические аберрации и делает возможным его применение в областях от крайнего УФ до ИК, субмиллиметровой и даже миллиметровой области спектра;

- выполнение объектива только из зеркал со сферической формой поверхностей делает его высокотехнологичным и дает возможность обеспечения высокого качества поверхностей, способной работать в УФ-области спектра;

- плоскость изображения находится за пределами границ размещения зеркал на расстоянии, достаточном для установки нескольких приемников для одновременного приема в 3-х и более диапазонах, в том числе и для размещения охлаждаемых ИК-приемников и более длинноволновых диапазонов.;

- объектив обеспечивает плоское поле изображения с аберрациями не более 10 μ;

- высокая светосила ≥1:1,5;

- широкое поле зрения до 90°;

- относительно малый максимальный диаметр;

- все элементы располагаются на одной оптической оси, что обеспечивает простоту сборки и малые массогабаритные свойства.

Предложенное изобретение может быть применено в спектральном и оптическом приборостроении, при создании гиперспектральных оптико-электронных систем смотрящего типа, а также при создании медицинских диагностических систем.

Зеркальный объектив содержит установленные по ходу луча первое выпуклое зеркало, второе вогнутое зеркало с центральным отверстием, третье выпуклое зеркало и четвертое вогнутое зеркало с центральным отверстием. Радиусы кривизны зеркал подобраны так, что лучи на первое зеркало проходят через отверстие второго зеркала, а от четвертого зеркала лучи проходят за внешними границами третьего зеркала за пределы размещения зеркал. Первое зеркало выполнено с центральным отверстием. Лучи на третье зеркало проходят через отверстие первого зеркала или за внешними его границами. Лучи проходят за пределы размещения зеркал на многоканальный узел приемников. Зеркала расположены друг относительно друга в последовательности второе, четвертое, первое, третье или четвертое, второе, первое, третье. Технический результат - увеличение поля зрения, увеличение светосилы, получение изображения за пределами размещения зеркал, обеспечение изображения с малыми аберрациями без применения асферических поверхностей. 2 ил.

Зеркальный объектив, содержащий размещенные на одной оптической оси два вогнутых сферических зеркала с центральными отверстиями и два выпуклых сферических зеркала, причем по ходу луча установлены первое выпуклое зеркало, второе вогнутое зеркало с центральным отверстием, третье выпуклое зеркало и четвертое вогнутое зеркало с центральным отверстием, при этом радиусы кривизны зеркал подобраны так, что лучи на первое зеркало проходят через отверстие второго зеркала, а от четвертого зеркала лучи проходят за внешними границами третьего зеркала за пределы размещения зеркал, отличающийся тем, что первое зеркало выполнено с центральным отверстием, лучи на третье зеркало проходят через отверстие первого зеркала или за внешними его границами, а лучи проходят за пределы размещения зеркал на многоканальный узел приемников, при этом зеркала расположены относительно друг друга в последовательности второе, четвертое, первое, третье или четвертое, второе, первое, третье.