Инфракрасная зеркально-линзовая система

Инфракрасная зеркально-линзовая система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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

Известна зеркально-линзовая система (см. патент US 7082001 B2, опубл. 25.07.2006 г., схема на фиг. 1), содержащая первый компонент, формирующий действительное промежуточное изображение и состоящий из главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием и вогнуто-выпуклой линзы, причем ее вогнутая асферическая поверхность выполнена с отражающим покрытием и выполняет функцию вторичного зеркала, и второй компонент, осуществляющий перенос промежуточного изображения в плоскость чувствительных элементов приемника излучения. Во втором компоненте первая и вторая линзы вогнуто-выпуклые, третья - двояковыпуклая, четвертая - вогнуто-выпуклая и пятая - выпукло-вогнутая, причем третья линза выполнена асферо-дифракционной. В первом компоненте выпукло-вогнутая линза выполнена из германия, три линзы второго компонента выполнены из арсенида галлия, две - из селенида цинка. Фокусное расстояние системы f' не более 220 мм, угловое поле зрения 2ω=2,64°, спектральный диапазон работы 3,9…5 мкм.

Недостатками указанной системы являются небольшое значение фокусного расстояния и большое число линз во втором компоненте.

Также известна зеркально-линзовая система (см. патент РФ 2355003 C1, МПК⁷ G02B 17/08, опубл. 10.05.2009 г.), содержащая первый компонент, состоящий из главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием, вторичного выпуклого асферического зеркала, компенсатора полевых аберраций, выполненного в виде положительной выпукло-вогнутой линзы из селенида цинка и второго компонента, содержащего вогнуто-выпуклую линзу из германия, двояковыпуклую линзу из кремния, две выпукло-вогнутые линзы из кремния и выпукло-вогнутую линзу из германия. Между первым и вторым компонентами формируется промежуточное изображение. Фокусное расстояние системы f'=379,6 мм; относительное отверстие 1:2,05; угловое поле зрения 2ω=1,8°, спектральный диапазон работы 3…5 мкм. Длина оптической системы от выпуклой поверхности вторичного зеркала до плоскости чувствительных элементов приемника излучения L=299,6 мм. Величина коэффициента телеукорочения системы составляет T_L=L/f'=0,79.

К недостаткам системы можно отнести большое число линз во втором компоненте, а также большое значение коэффициента телеукорочения.

Наиболее близкой к заявляемой системе по технической сущности, выбранной в качестве прототипа, является зеркально-линзовая система (см. патент CN 104035188 A, МПК⁷ G02B 13/18, 13/14, 17/08, опубл. 09.10.2014 г.), состоящая из первого компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу, главное асферическое зеркало с центральным отверстием и вторую плосковогнутую линзу, с отражающим покрытием на плоской поверхности, выполняющую функцию вторичного зеркала, и второго компонента, содержащего три линзы, из которых первая выполнена двояковогнутой, вторая - положительной вогнуто-выпуклой, а третья - положительной выпукло-вогнутой. Первый компонент формирует промежуточное изображение, которое вторым компонентом переносится в плоскость чувствительных элементов охлаждаемого приемника излучения. Система предназначена для работы в спектральном диапазоне 3,7…4,8 мкм; фокусное расстояние f'=168 мм; относительное отверстие 1:2; коэффициент центрального экранирования 0,35; линейное поле зрения 9,6×7,68 мм (формат матрицы фотоприемного устройства 320×256, с шагом элементов 30 мкм).

Длина оптической системы от первой поверхности первой линзы до плоскости чувствительных элементов приемника излучения L=150 мм, причем существенный вклад вносит второй компонент, в котором расстояние вдоль оптической оси от первой поверхности первой линзы до последней поверхности третьей линзы не менее 50 мм. Величина коэффициента телеукорочения системы составляет T_L=L/f'=0,9. При фокусном расстоянии f'=168 мм и размере чувствительного элемента 30 мкм элементарное угловое поле зрения системы составляет ω_э=30/f'=0,18 мрад.

Недостатками прототипа являются большое значение коэффициента телеукорочения, а также элементарное угловое поле зрения системы, не обеспечивающее достаточное угловое разрешение.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение углового разрешения инфракрасной зеркально-линзовой системы при уменьшении коэффициента телеукорочения.

Поставленная задача решается за счет того, что в инфракрасной зеркально-линзовой системе, состоящей из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего положительную линзу и главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, второго компонента, содержащего первую, вторую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, при этом между первым и вторым компонентами формируется действительное промежуточное изображение, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, в первом компоненте положительная линза выполнена вогнуто-выпуклой, причем ее выпуклая поверхность с отражающим покрытием в центральной зоне выполняет функцию вторичного зеркала, а во втором компоненте первая линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, а вторая - отрицательной выпукло-вогнутой.

На фигуре 1 представлена оптическая схема инфракрасной зеркально-линзовой системы.

Система состоит из расположенных по ходу лучей первого компонента I, содержащего положительную вогнуто-выпуклую линзу 1, выпуклая поверхность которой с отражающим покрытием в центральной зоне выполняет функцию вторичного зеркала и главное вогнутое асферическое зеркало 2 с центральным отверстием, второго компонента II, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу 3, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 4 и третью положительную выпукло-вогнутую линзу 5, и приемника излучения 6 с охлаждаемой диафрагмой 7, при этом между первым I и вторым II компонентами формируется действительное промежуточное изображение.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемой инфракрасной зеркально-линзовой системы.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения заявляемой системы.

^{1), 2)} - асферические поверхности.

В таблице 3 приведены соотношения, выполняемые в заявляемой системе.

Инфракрасная зеркально-линзовая система работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта периферийно по кольцу проходит через линзу 1 первого компонента I, затем, отразившись от вогнутой поверхности главного зеркала 2, попадет на центральную часть выпуклой поверхности линзы 1, отражается от нее и фокусируется в плоскости действительного промежуточного изображения, после чего формируемое в этой плоскости изображение линзами 3, 4, 5 второго компонента II переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 6. Диаметр пучка излучения определяется диаметром охлаждаемой диафрагмы 7 приемника излучения 6.

Как следует из таблицы 1, фокусное расстояние заявляемой системы f'=560 мм, длина L=356,3 мм, коэффициент телеукорочения системы составляет T_L=L/f'=0,635, что меньше, чем в прототипе в 1,4 раза. Уменьшение коэффициента телеукорочения обеспечивается выполнением для компонентов системы соотношений, приведенных в таблице 3, а также выбором более компактной конструкции второго компонента II, в котором расстояние от первой поверхности первой линзы 3 до последней поверхности третьей линзы 5 составляет 25 мм (см. табл. 2).

В заявляемой системе элементарное угловое поле зрения для размера чувствительного элемента, схожего с прототипом, составляет ω_э=30/f'=0,053 мрад, что меньше чем в прототипе в 3,4 раза.

Таким образом, выполнение инфракрасной зеркально-линзовой системы в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить угловое разрешение, обеспечив при этом уменьшение коэффициента телеукорочения.

Инфракрасная зеркально-линзовая система, состоящая из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего положительную линзу и главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, второго компонента, содержащего первую, вторую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, при этом между первым и вторым компонентами формируется действительное промежуточное изображение, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, отличающаяся тем, что в первом компоненте положительная линза выполнена вогнуто-выпуклой, причем ее выпуклая поверхность с отражающим покрытием в центральной зоне выполняет функцию вторичного зеркала, а во втором компоненте первая линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, а вторая - отрицательной выпукло-вогнутой.