Инфракрасный зеркально-линзовый объектив

Инфракрасный зеркально-линзовый объектив

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения.

Известен инфракрасный зеркально-линзовый объектив (см. патент РФ на изобретение №2288493 C1, МПК⁷ G02B 17/08, опубл. 27.11.2006, Бюл. №33), который состоит из первой положительной менисковой линзы, второй отрицательной менисковой линзы, выполняющей функцию главного зеркала (отражающее покрытие нанесено на вторую поверхность линзы), контрзеркала, расположенного между первой и второй линзами, и положительного мениска, расположенного в сходящемся пучке лучей между контрзеркалом и плоскостью изображения объектива. Фокусное расстояние объектива f′=180,2 мм; относительное отверстие 1:2; все поверхности выполнены сферическими.

Также известен компактный зеркально-линзовый объектив (см. заявку US 2006/0066941 A1, МПК⁷ G02B 1/00, 17/00, опубл. 30.03.2006 г., схема на фиг. 1), который содержит первую положительную линзу (корректор), вторую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу с нанесенным на выпуклую поверхность отражающим покрытием (первое зеркало), третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу с нанесенным на вогнутую поверхность отражающим покрытием (второе зеркало), четвертую отрицательную вогнуто-выпуклую и пятую положительную выпукло-плоскую линзы. Объектив работает в спектральном диапазоне 8…12 мкм; фокусное расстояние f′=100,2 мм; относительное отверстие 1:1,67. Вогнутая поверхность третьей линзы выполнена асферической.

Недостатком указанных зеркально-линзовых объективов является то, что их конструкция не обеспечивает оптимального сопряжения с матричными приемниками излучения, имеющими внутри охлаждаемую диафрагму.

Наиболее близкой к заявляемому объективу по технической сущности и количеству совпадающих признаков является катадиоптрическая система (см. патент РФ на изобретение №2446420, МПК⁷ G02B 17/08, опубл. 27.03.2012, Бюл. №9), представляющая собой зеркально-линзовый объектив, содержащий первый компонент, состоящий из двух расположенных по ходу лучей гиперболических зеркал, и второй компонент, выполненный в виде отрицательной выпукло-вогнутой линзы и расположенный вблизи фокальной плоскости первого компонента. Первое зеркало имеет центральное отверстие и обращено вогнутой стороной к пространству предметов, второе - выпуклой стороной к первому. Система предназначена для работы в инфракрасном диапазоне спектра, фокусное расстояние f′=1800 мм, относительное отверстие 1:3.

Для фокусного расстояния системы f′ и фокусных расстояний зеркал первого компонента f 1 ' , f 2 ' и линзы второго компонента f 3 ' выполнены соотношения: f ' / f 1 ' = − 3,103 ; f ' / f 2 ' = − 7,42 ; f ' / f 3 ' = − 3,103 . Расстояние d_1-2 между зеркалами первого компонента составляет -0,233f′; расстояние d_2-3 между вторым зеркалом первого компонента и линзой второго компонента составляет 0,217f′.

Недостатками описанной системы являются отсутствие возможности работы с охлаждаемым матричным приемником инфракрасного излучения, а также невысокое, для работы в дальнем инфракрасном диапазоне спектра, относительное отверстие, влияющее на разрешающую способность.

Для оптимального сопряжения необходимо, чтобы в объективе формировалось действительное промежуточное изображение, а выходной зрачок был вынесен в пространство между последним компонентом объектива и плоскостью изображения, что позволяет совместить его с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения. Несовпадение выходного зрачка объектива с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения приводит к виньетированию наклонных пучков лучей и возрастанию рассеянного излучения от оптических деталей и других элементов конструкции, что снижает освещенность и контраст изображения и приводит к ухудшению его качества.

Задачей, на решение которой направлено изобретение является повышение качества изображения путем повышения разрешающей способности за счет увеличения относительного отверстия зеркально-линзового объектива, а также путем улучшения освещенности и контраста изображения за счет оптимального сопряжения объектива с охлаждаемым матричным приемником инфракрасного излучения.

Поставленная задача решается за счет того, что в инфракрасном зеркально-линзовом объективе, состоящем из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего два асферических зеркала, из которых первое имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе - выпуклым, и второго компонента, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую линзу, во втором компоненте дополнительно введены отрицательная и положительная выпукло-вогнутые линзы, при этом оптическая сила второго компонента в целом - положительная, между первым и вторым компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок вынесен в пространство между последней линзой второго компонента и плоскостью изображения объектива.

На чертеже представлена оптическая схема инфракрасного зеркально-линзового объектива.

Объектив содержит расположенные по ходу лучей первый компонент I, содержащий два асферических зеркала, из которых первое 1 имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе 2 - выпуклым, и второй компонент II, содержащий первую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 3, вторую положительную выпукло-вогнутую линзу 4 и третью отрицательную выпукло-вогнутую линзу 5, при этом второй компонент II имеет положительную оптическую силу. Между первым I и вторым II компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок 6 вынесен в пространство между последней линзой 5 второго компонента II и плоскостью изображения объектива. Дополнительно показано входное окно 7 приемника инфракрасного излучения 8, охлаждаемая диафрагма которого совмещена с выходным зрачком 6 объектива.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемого зеркально-линзового объектива.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения заявляемого объектива.

В таблице 3 приведены соотношения, выполняемые в заявляемом объективе.

Инфракрасный зеркально-линзовый объектив работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта отражается последовательно от первого 1 и второго 2 зеркал первого компонента I и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, после чего линзами 3, 4, 5 второго компонента II переносится в плоскость изображения объектива. Диаметр пучка излучения определяется диаметром выходного зрачка 6, расположенного в пространстве между последней линзой 5 второго компонента II и плоскостью изображения объектива. Выбранное положение выходного зрачка 6 позволяет совместить его с охлаждаемой диафрагмой приемника инфракрасного излучения 8.

В заявляемом зеркально-линзовом объективе за счет изменения конструкции второго компонента II и выполнения соотношений, приведенных в таблице 3, увеличено относительное отверстие, что позволяет улучшить качество изображения за счет повышения разрешающей способности объектива. Выбор конструктивного исполнения, при котором между первым I и вторым II компонентами объектива формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок 6 совмещен с охлаждаемой диафрагмой приемника инфракрасного излучения 8, обеспечивает оптимальное сопряжение объектива и приемника излучения. Этим достигается минимальное виньетирование наклонных пучков лучей и снижается рассеянное излучение от оптических деталей и других элементов конструкции объектива, что повышает освещенность и контраст изображения и улучшает его качество.

Таким образом, выполнение инфракрасного зеркально-линзового объектива в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить качество изображения путем повышения разрешающей способности и улучшения освещенности и контраста изображения за счет оптимального сопряжения с охлаждаемым приемником инфракрасного излучения.

Инфракрасный зеркально-линзовый объектив, состоящий из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего два асферических зеркала, из которых первое имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе - выпуклым, и второго компонента, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую линзу, отличающийся тем, что во втором компоненте дополнительно введены отрицательная и положительная выпукло-вогнутые линзы, при этом оптическая сила второго компонента в целом - положительная, между первым и вторым компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок вынесен в пространство между последней линзой второго компонента и плоскостью изображения объектива.