RU2532244C1

RU2532244C1 - Объектив коллиматора

Info

Publication number: RU2532244C1
Application number: RU2013119456/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Щеглов; Александр Иванович Бахалдин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority date: 2013-04-29
Filing date: 2013-04-29
Publication date: 2014-10-27
Also published as: RU2013119456A

Abstract

Объектив может использоваться для работы в видимом и ближнем ИК-диапазоне длин волн. Объектив коллиматора содержит первичное зеркало, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие, вторичное зеркало с зеркальным покрытием на кольцевой периферийной части, причем отражающие поверхности зеркал обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы. Первичное и вторичное зеркала выполнены в виде сплошных плоско-параллельных пластин, на первичном зеркале зеркальное покрытие нанесено в его центральной зоне, периферийная часть - прозрачная. На первой со стороны предмета поверхности в центральной зоне вторичного зеркала расположен тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне. Технический результат - увеличение фокусного расстояния, диаметра выходного зрачка при упрощенной конструкции и повышенной технологичности при сохранении высокого качества изображения. 1 ил., 2 табл.

Description

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам коллиматоров, работающим в видимом и ближнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в различных оптических приборах.

Известен зеркально-линзовый объектив (патент ФРГ №2222864, МПК G02B 17/08, опубл. 31.10.1977 г.). Данный объектив может работать в качестве объектива коллиматора, т.е. в обратном ходе лучей. При этом лучи идут из плоскости установки, в которой находится тест-объект. В обратном ходе лучей объектив состоит из четырех компонентов: первого, выполненного в виде склеенных отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к тест-объекту, и двояковыпуклой линзы, второго - выпуклого зеркала, обращенного выпуклостью в сторону тест-объекта, третьего - вогнутого зеркала с отверстием в центральной части, в котором находится первый компонент, причем отражающими поверхностями зеркала обращены друг к другу, и четвертого компонента, выполненного по ходу лучей из отрицательного одиночного мениска, обращенного выпуклостью к изображению и расположенного за ним со стороны пространства изображений одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Однако данный объектив имеет сложную конструкцию (состоит из двух зеркал и четырех линз), недостаточное фокусное расстояние 100 мм и недостаточную технологичность, т.к. одно из зеркал выполнено с отверстием, что затрудняет его изготовление.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является зеркально-линзовый объектив (а.с. СССР №535536, МПК G02B 17/00, опубл. 15.11.1976 г.). Данный объектив может работать в качестве объектива коллиматора, т.е. в обратном ходе лучей. При этом лучи идут из плоскости установки, в которой находится тест-объект. В обратном ходе лучей объектив состоит из четырех компонентов: первого, выполненного в виде мениска, обращенного выпуклостью к тест-объекту, второго - выпуклого (первичного) зеркала, обращенного выпуклостью в сторону тест-объекта, третьего - вогнутого (вторичного) зеркала с отверстием в центральной части, в котором находится первый компонент, причем отражающими поверхностями зеркала обращены друг к другу, и четвертого компонента - двухлинзового оптического элемента, выполненного по ходу лучей из отрицательного одиночного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и расположенной за ним со стороны пространства изображений одиночной двояковыпуклой линзы, причем, второй компонент расположен между третьим и четвертым компонентами. Однако данный объектив имеет сложную конструкцию (состоит из двух зеркал и трех линз), недостаточное фокусное расстояние 200 мм, недостаточный диаметр выходного зрачка 100 мм и недостаточную технологичность, т.к. одно из зеркал выполнено с отверстием, что затрудняет его изготовление.

Задача изобретения - создание объектива коллиматора с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - увеличение фокусного расстояния и диаметра выходного зрачка при упрощенной конструкции и повышенной технологичности при сохранении высокого качества изображения.

Это достигается тем, что в объективе коллиматора, содержащем первичное зеркало, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие, вторичное зеркало с зеркальным покрытием, нанесенным на кольцевую периферийную часть, установленное перед первичным зеркалом так, что отражающими поверхностями зеркала обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы, в отличие от известного, первичное и вторичное зеркала выполнены в виде сплошных плоско-параллельных пластин, на первичном зеркале зеркальное покрытие нанесено в его центральной зоне, периферийная часть - прозрачная, а на первой со стороны предмета поверхности в центральной зоне вторичного зеркала расположен тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива коллиматора.

Объектив коллиматора состоит из первичного зеркала 1, вторичного зеркала 2 и двухлинзового оптического элемента. Первичное зеркало 1 выполнено в виде плоско-параллельной пластины с нанесенным зеркальным покрытием на первую по ходу лучей поверхность в его центральной зоне, при этом периферийная его часть остается прозрачной. Вторичное зеркало 2 выполнено в виде плоско-параллельной пластины, на периферийную часть которой нанесено зеркальное покрытие в виде кольца, причем зеркальными поверхностями первичное и вторичное зеркала обращены друг к другу. В центральной зоне первой со стороны предмета поверхности вторичного зеркала расположен тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне. Двухлинзовый оптический элемент установлен за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоит по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы 3, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы 4. Все оптические элементы в данном объективе коллиматора выполнены без отверстий.

Объектив коллиматора работает следующим образом: световой поток от источника света, например светодиода, через осветитель, который может быть выполнен в виде плоско-параллельной пластины с матовой поверхностью (не показаны), попадает на тест-объект, выполненный на первой поверхности вторичного зеркала 2, выполненного в виде плоско-параллельной пластины, проходит сквозь эту пластину в центральной зоне, попадает на первичное зеркало 1, отражается от его центральной зеркальной зоны, идет назад, попадает на кольцевую зеркальную зону вторичного зеркала 2, отражается от нее и идет назад, проходит через периферийную прозрачную часть первичного зеркала 1, затем последовательно проходит через линзы 3 и 4 и коллимирует в бесконечность.

В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный объектив коллиматора, исправленный для длины волны 640 нм.

Конструктивные параметры объектива коллиматора приведены в таблице 1.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние f'	500,36 мм
угловое поле в пространстве изображений	2 град
диаметр выходного зрачка	120 мм

В табл.2 приведены аберрации для длины волны 640 нм предложенного объектива коллиматора в обратном ходе лучей при диаметре выходного зрачка 120 мм и угловом поле в пространстве изображений 2W=2 град. Предлагаемый объектив имеет увеличенное фокусное расстояние 500,36 мм, увеличенный диаметр выходного зрачка 120 мм, упрощенную конструкцию (состоит из четырех одиночных элементов). Кроме того, выполнение первичного и вторичного зеркал сплошными и в виде плоско-параллельных пластин в значительной степени упрощает их изготовление, повышая технологичность процесса. Предлагаемый объектив коллиматора имеет также высокое качество изображения, что следует из табл.2.

Таким образом, выполнен технический результат - создан объектив коллиматора с увеличенными фокусным расстоянием и диаметром выходного зрачка при упрощенной конструкции и повышенной технологичности при сохранении высокого качества изображения.

Таблица 1
Радиусы, мм	Толщины, мм	Марка стекла	Показатель преломления, n_e	Коэфф. дисперсии, ν_e	Световой диаметр, мм
R₁=∞					18
	d₁=7,5	K8	1,518294	63,83
R₂=∞					18,4
	d₂=125		1
R₃=∞					43,8
	d₃=-125		-1
R₄=∞					69,3
	d₄=125		1
R₅=∞					94,8
	d₅=7,5	K8	1,518294	63,83
R₆=∞					95,8
	d₆=35,52		1
R₇=38900					103
	d₇=8	ТФ103	1,723666	29,31
R₈=221,8					104,6
	d₈=27,12		1
R₉=304,75					120
	d₉=13,3	ТК₁₄	1,615506	60,34
R₁₀=-221,8					120
			1

Таблица 2
Вид аберрации	Значение аберраций предлагаемого объектива коллиматора, не более
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси	-0,074 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении	0,238 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении	0,096 мм
Меридиональный астигматический отрезок $X_{м}^{'}$	-0,247 мм
Сагиттальный астигматический отрезок $X_{s}^{'}$	0,003 мм
Дисторсия	0,00355%

Claims

Объектив коллиматора, содержащий первичное зеркало, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие, вторичное зеркало с зеркальным покрытием на кольцевой периферийной части, установленное перед первичным зеркалом так, что отражающими поверхностями зеркала обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы, отличающийся тем, что первичное и вторичное зеркала выполнены в виде сплошных плоско-параллельных пластин, на первичном зеркале зеркальное покрытие нанесено в его центральной зоне, периферийная часть - прозрачная, а на первой со стороны предмета поверхности в центральной зоне вторичного зеркала расположен тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне.