ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 2011 года по МПК G02B23/00 G02B15/14 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с переменным фокусным расстоянием, и может использоваться в системах преобразования лазерного излучения приборов наведения.

Известен вариообъектив, содержащий четыре компонента [1], первый и четвертый - положительные, второй и третий - отрицательные, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы и склеенного положительного мениска, второй и третий компоненты выполнены в виде отрицательных двусклееных линз, четвертый компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы и одиночной двояковыпуклой линзы. Данная конструкция обеспечивает 25-кратное изменение фокусного расстояния объектива. Недостатком данной конструкции является то, что она обладает недостаточным перепадом увеличений и имеет большую длину.

Наиболее близкой к предлагаемой системе является объектив с переменным фокусным расстоянием [2], содержащий три компонента, первый из которых неподвижный и содержит два положительных мениска, обращенных выпуклой поверхностью к пространству предметов, а второй и третий компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а также коллектив, расположенный во внефокальной плоскости, и проекционную систему, выполненную в виде одиночных положительной линзы и двух положительных менисков, обращенных вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент содержит одиночную двояковогнутую линзу, третий компонент выполнен в виде одиночной положительной линзы. Данная конструкция обеспечивает увеличение 68 крат. Однако недостатком прототипа является то, что она обладает недостаточным перепадом фокусных расстояний, имеет большую длину и большие перемещения подвижных компонентов.

Задачей изобретения является увеличение кратности системы при уменьшении общей длины системы и величины перемещений подвижных компонентов.

Оптическая система содержит панкратическую систему дальней зоны, первый компонент которой содержит неподвижный положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент содержит отрицательную линзу, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, при этом второй и третий компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, в отличие от прототипа первый компонент содержит группу линз, расположенную перед положительным мениском и состоящую из двояковогнутой, двояковыпуклой линз и отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент дополнен отрицательной линзой, причем обе линзы этого компонента выполнены двояковогнутыми, содержит панкратическую систему ближней зоны, оптически связанную с телескопической системой посредством первой пары параллельных друг другу отражателей, один из которых установлен под углом к оптической оси панкратической системы ближней зоны, при этом панкратическая система ближней зоны установлена параллельно панкратической системе дальней зоны и оптически связана с ней посредством второй пары параллельных друг другу отражателей, первый из которых расположен на заднем отрезке панкратической системы дальней зоны под углом к ее оптической оси, и установлен с возможностью вывода из хода лучей панкратической системы дальней зоны, панкратическая система ближней зоны содержит три компонента, первый из которых выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй выполнен в виде двояковогнутой линзы, при этом первый и второй компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а третий компонент положительный и неподвижный и содержит отрицательный и положительный мениски, обращенные вогнутой поверхностью к пространству предметов, при этом фокусные расстояния второго и третьего компонентов панкратической системы дальней зоны связаны следующей зависимостью f′₂=-0.21f′₃…-0.22f′₃, расстояние между плоскостями предметов и изображений для этих компонентов составляет L_д.з=4(f′₂+f′₃), а фокусные расстояния первого и второго компонентов панкратической системы ближней зоны связаны следующей зависимостью f′₂=-0.38f′₁…-0.39f′₁, расстояние между плоскостями предметов и изображений для этих компонентов составляет L_б.з.=4(f′₁+f′₂).

В частности первая пара отражателей выполнена в виде призмы-ромб.

Введение панкратической системы ближней зоны посредством двух оптически связанных отражетелей, первый из которых расположен на оптической оси панкратической системы дальней зоны под углом к ней, а второй отражатель параллелен первому, позволило увеличить перепад фокусных расстояний панкратической системы до 110^x.

Выбор фокусных расстояний подвижных компонентов панкратической системы дальней зоны f₂′=-0.21f₃′…-0.22f₃′, панкратической системы ближней зоны f₂′=-0.21f₁′…-0.22f₁′ и выбор расстояния между плоскостями предметов и изображений для подвижных компонентов панкратической системы дальней зоны составляет L_д.з=4(f′₂+f′₃), а расстояния между плоскостями предметов и изображений для подвижных компонентов панкратической системы ближней зоны составляет L_б.з=4(f′₁+f′₂) позволил уменьшить габариты панкратической системы и величины перемещений подвижных компонентов.

На чертеже изображена оптическая система.

Панкратическая система дальней зоны состоит из трех компонентов. Первый компонент 1 - положительный и неподвижный, второй компонент 2 - отрицательный, а третий компонент 3 - положительный. Первый компонент состоит из двояковогнутой линзы 4, двояковыпуклой линзы 5, отрицательного мениска 6, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов (плоскость гравировки), положительного мениска 7, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Второй компонент выполнен в виде двух двояковогнутых линз 8, 9. Третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 3. Компоненты 2 и 3 установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Перемещением компонента 2 вдоль оптической оси на величину 24,1 мм достигается изменение фокусного расстояния первой панкратической системы. Движение компонента 3 вдоль оптической оси на 4,8 мм обеспечивает неподвижность плоскости изображения во всем диапазоне изменения фокусных расстояний первой панкратической системы. Фокусное расстояние первого компонента f₁′=92,296 мм, фокусное расстояние второго компонента f₂′=-3,695 мм, фокусное расстояние третьего компонента f₃′=17,133 мм, при этом f′₂=-0,2157f₃′. Расстояние между плоскостями предметов и изображений для подвижных компонентов панкратической системы дальней зоны равно 53,7536, что составляет 4(f′₂+f′₃)=4(-3,695+17,133). Фoкycнoe расстояние панкратической системы дальней зоны изменяется от 51,14 мм до 1023,13 мм. Перепад фокусных расстояний панкратической системы дальней зоны составляет 20^x. Фокусные расстояния приведены для λ=1064 нм.

На заднем отрезке панкратической системы дальней зоны расположен отражатель 10, установленный под углом 45° к оптической оси и с возможностью вывода из хода лучей панкратической системы дальней зоны. Второй отражатель 11 установлен параллельно первому отражателю и оптически сопряжен с ним. На оптической оси параллельной оптической оси панкратической системы дальней зоны установлена панкратическая система ближней зоны оптически, сопряженная посредством двух отражателей 10, 11 с плоскостью изображений панкратической системы дальней зоны.

Панкратическая система ближней зоны содержит три компонента. Первый компонент 12 выполнен в виде двояковыпуклой линзы. Второй компонент 13 выполнен в виде двояковогнутой линзы. Эти компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Третий компонент 14 - положительный и неподвижный содержит отрицательный мениск 15 и положительный мениск 16, обращенные выпуклой поверхностью к пространству предметов. Перемещением компонента 12 вдоль оптической оси на величину 10 мм достигается изменение фокусного расстояния панкратической системы ближней зоны. Движение компонента 13 вдоль оптической оси на 8,6 мм обеспечивает неподвижность плоскости изображения во всем диапазоне изменения фокусных расстояний панкратической системы ближней зоны. Фокусное расстояние первого компонента f₁′=18,148 мм, фокусное расстояние второго компонента f₂′=-7,027 мм, при этом f₂′=-0,387 f₁′, фокусное расстояние третьего компонента f₃′=23,04 мм. Фокусное расстояние панкратической системы ближней зоны изменяется от 9,27 до 51,15 мм. Расстояние между плоскостями предметов и изображений для подвижных компонентов этой панкратической системы равно 44,484 мм, что составляет 4(f′₁+f′₂)=4(18,148-7,027).

Перепад фокусных расстояний панкратической системы ближней зоны составляет 5,5^x. Фокусные расстояния приведены для λ=1064 нм. Таким образом, перепад фокусных расстояний для всей панкратической системы составляет 110^x.

Панкратическая система ближней зоны оптически связана с телескопической системой 18 посредством первой пары отражателей. При этом первый отражатель установлен под углом к оптической оси второй панкратической системы, а второй отражатель параллелен первому. В частности два отражателя могут быть выполнены в виде призмы-ромб 17. Увеличение телескопической системы 1^x.

Оптическая система работает следующим образом. Коллимированное лазерное излучение, создаваемое предыдущей системой, не показанной на чертеже, попадает на растр, который является плоскостью предметов для панкратических систем дальней и ближней зоны. Выходящий после растра пучок лучей, отразившись от отражателей 10, 11, попадает на компоненты 12, 13, 14 панкратической системы ближней зоны. После прохождения этой панкратической системы параллельный пучок лучей, отразившись от первой пары параллельных отражателей 17, и пройдя через телескоп 18, попадает на объект, расположенный на расстоянии 45 м…250 м. Когда первый отражатель 10 выведен с оптической оси первой панкратической системы, выходящий после растра пучок лучей, попадает на компоненты панкратической системы дальней зоны 3, 2 и 1, выходит из нее параллельным пучком и попадает на объект, расположенный на расстоянии 250 м…5000 м.

Источники информации

1. Патент BY №4253, публикация 1999 г., МПК G02B 15/14.

2. А.с. SU №1089535А, публикация 1984 г., МПК G02B 15/16 - прототип.

Система может использоваться в системах преобразования лазерного излучения приборов наведения. Система содержит панкратическую систему дальней зоны, первый компонент которой содержит неподвижный положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, и расположенные перед ним двояковогнутую, двояковыпуклую линзы и отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй - две двояковогнутые линзы, третий - двояковыпуклую линзу. Второй и третий компоненты установлены с возможностью перемещения. Система содержит панкратическую систему ближней зоны, связанную с телескопической системой первой парой параллельных отражателей. Панкратическая система ближней зоны параллельна панкратической системе дальней зоны и связана с ней второй парой параллельных отражателей, первый из которых установлен с возможностью вывода из хода лучей. Панкратическая система ближней зоны содержит три компонента, первый - двояковыпуклая линза, второй - двояковогнутая линза, третий - положительный, неподвижный и содержит отрицательный и положительный мениски, обращенные вогнутой поверхностью к пространству предметов. Первый и второй компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Фокусные расстояния компонентов панкратических систем связаны соотношениями, приведенными в формуле изобретения. Технический результат - увеличение кратности системы при уменьшении общей длины системы и величины перемещений подвижных компонентов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Оптическая система, содержащая панкратическую систему дальней зоны, первый компонент которой содержит неподвижный положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент содержит отрицательную линзу, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, при этом второй и третий компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, отличающаяся тем, что первый компонент содержит группу линз, расположенную перед положительным мениском и состоящую из двояковогнутой, двояковыпуклой линз и отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент дополнен отрицательной линзой, причем обе линзы этого компонента выполнены двояковогнутыми, содержит панкратическую систему ближней зоны, оптически связанную с телескопической системой посредством первой пары параллельных друг другу отражателей, один из которых установлен под углом к оптической оси панкратической системы ближней зоны, при этом панкратическая система ближней зоны установлена параллельно панкратической системе дальней зоны и оптически связана с ней посредством второй пары параллельных друг другу отражателей, первый из которых расположен на заднем отрезке панкратической системы дальней зоны под углом к ее оптической оси, и установлен с возможностью вывода из хода лучей панкратической системы дальней зоны, панкратическая система ближней зоны содержит три компонента, первый из которых выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй выполнен в виде двояковогнутой линзы, при этом первый и второй компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а третий компонент положительный и неподвижный и содержит отрицательный и положительный мениски, обращенные вогнутой поверхностью к пространству предметов, при этом фокусные расстояния второго и третьего компонентов панкратической системы дальней зоны связаны следующей зависимостью f'₂=-0,21f'₃…-0,22f'₃, расстояние между плоскостями предметов и изображений для этих компонентов составляет L_д.з=4(f'₂+f'₃), а фокусные расстояния первого и второго компонентов панкратической системы ближней зоны связаны следующей зависимостью f'₂=-0,38f'₁…-0,39f'₁, расстояние между плоскостями предметов и изображений для этих компонентов составляет L_б.з.=4(f'₁+f'₂).

2. Оптическая система по п.1, отличающаяся тем, что первая пара отражателей выполнена в виде призмы-ромб.