RU2672777C2 - Зеркально-линзовый объектив - Google Patents
Зеркально-линзовый объектив Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672777C2 RU2672777C2 RU2017103560A RU2017103560A RU2672777C2 RU 2672777 C2 RU2672777 C2 RU 2672777C2 RU 2017103560 A RU2017103560 A RU 2017103560A RU 2017103560 A RU2017103560 A RU 2017103560A RU 2672777 C2 RU2672777 C2 RU 2672777C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- component
- mirror
- focal length
- convex
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Объектив может быть применен в оптико-электронных приборах, формирующих изображения объектов земной поверхности через реальную атмосферу в коротковолновом ИК диапазоне. Объектив содержит четыре компонента и апертурную диафрагму, расположенную перед первым компонентом. Первый компонент содержит плосковыпуклую линзу. Второй компонент - отрицательная линза Манжена, третий - наклонное плоское зеркало, четвертый выполнен из положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету. Коэффициенты линейного расширения материала оправ и колец для воздушных промежутков между компонентами равны друг другу. Выполняется соотношение:где- фокусное расстояние первой линзы четвертого компонента;- фокусное расстояние второй линзы четвертого компонента. Технический результат - увеличение поля зрения с сохранением приемлемого качества изображения и с обеспечением стабильности фокусного расстояния объектива в коротковолновом ИК диапазоне и в расширенном температурном интервале. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве приемного объектива в оптико-электронных приборах, формирующих изображения объектов земной поверхности через реальную атмосферу и работающих с фотоприемными устройствами коротковолнового ИК диапазона в аппаратуре различного назначения, например в космической аппаратуре.
Известен светосильный зеркально-линзовый объектив для использования в приборах ночного видения, состоящий их четырех компонентов (патент RU 2112257 С1, опубл. 27.05.1998) с фокусным расстоянием f'=80,95 мм, геометрическим относительным отверстием 1:1,25, эффективным относительным отверстием 1:1,45, линейным полем зрения 14,5 мм, с хорошим исправлением всех аберраций. Объектив состоит из 4 компонентов, первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, второй компонент - в виде отрицательной линзы Манжена, третий компонент - в виде выпуклого отражающего зеркала, а четвертый компонент выполнен в виде положительной линзы, при этом все компоненты выполнены из одной марки оптического стекла. По центру изображения обеспечивается высокое качество изображения (58%).
Недостатком этого светосильного зеркально-линзового объектива является низкое качество изображения по полю зрения (27%) и обеспечение коррекции в видимом и ближнем ИК диапазоне длин волн (0,546-0,900 мкм).
Наиболее близким по технической сущности является зеркально-линзовый объектив (патент RU 2082195 С1, опубл. 20.06.1997) с фокусным расстоянием f'=1054,8 мм, относительным отверстием 1:11,7, угловым полем зрения 1° (линейным полем зрения 18,4 мм), с хорошим исправлением всех аберраций в видимом диапазоне длин волн, состоящий из плосковыпуклой линзы, двух прямоугольных призм, соединенных между собой по гипотенузным граням, выполненным как отражающая наклонная поверхность с центром на пересечении оптических осей первичного и вторичного зеркал, первичного вогнутого зеркала и вторичного вогнутого зеркала.
Недостатком этого зеркально-линзового объектива является недостаточное линейное поле зрения (18,4 мм для углового поля зрения 2W=1° а также наличие склеенного компонента, что снижает устойчивость к воздействию внешних температур.
Задачей настоящего изобретения является увеличение поля зрения с сохранением приемлемого качества изображения и с обеспечением стабильности фокусного расстояния зеркально-линзового объектива в коротковолновом ИК диапазоне спектра и в расширенном температурном интервале.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в зеркально-линзовом объективе, состоящем из четырех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых содержит плосковыпуклую положительную линзу, отличающийся тем, что он содержит апертурную диафрагму, расположенную перед первым компонентом, второй компонент выполнен в виде отрицательной линзы Манжена, третий компонент - в виде наклонного плоского отражающего зеркала, четвертый компонент выполнен из двух линз, первая линза которого выполнена в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а вторая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, при этом коэффициенты линейного расширения материала оправ и колец для воздушных промежутков между компонентами равны друг другу, а в зеркально-линзовом объективе имеют место соотношения:
Такой зеркально-линзовый объектив обеспечивает приемлемое качество изображения в коротковолновом ИК диапазоне спектра.
Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что четвертый компонент совместно с фотоприемным устройством выполнены подвижными вдоль оптической оси, при этом выполняется следующее соотношение:
Схема зеркально-линзового объектива по варианту 1 показана на фигуре 1.
Зеркально-линзовый объектив состоит по ходу лучей из плосковыпуклой положительной линзы 1, обращенной выпуклостью к предмету, отрицательной линзы Манжена 2, наклонного плоского отражающего зеркала 3, выпукловогнутой положительной линзы 4, выпукловогнутой отрицательной линзы 5 и плоскопараллельной пластины фотоприемника 6, которая является защитным стеклом фотоприемника ПИ.
Апертурная диафрагма АД расположена перед линзой 1.
Конструктивные данные зеркально-линзового объектива по варианту 1 приведены в таблице 1.
Схема зеркально-линзового объектива по варианту 2 показана на фигуре 2. В оптической схеме зеркально-линзового объектива по варианту 2 линзы 4, 5 и фотоприемник 6 имеют возможность перемещения вдоль оптической оси для изменения воздушного промежутка между наклонным плоским отражающим зеркалом 3 и линзой 4. При изменении этого воздушного промежутка между в пределах ±0,64 мм осуществляется термокомпенсация положения плоскости наилучшей установки и стабильность величины фокусного расстояния зеркально-линзового объектива в диапазоне температур от минус 50 до +50°С.
Таким образом, параметры вариантов исполнения зеркально-линзового объектива:
- расчетная длина волны | 1,3 мкм; |
- рабочий спектральный диапазон | 0,9…1,7 мкм; |
- фокусное расстояние | 730 мм; |
- линейное поле зрения | 80,0 мм; |
- относительное отверстие | 1:4,62; |
- дисторсия | 0,37% |
- задний фокальный отрезок | 25,84 мм; |
- длина по оптической оси | 669,0 мм; |
- масса оптических деталей | 4,02 кг. |
Принцип действия зеркально-линзового объектива по варианту 1 заключается в следующем:
Световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в бесконечности, проходит через зеркально-линзовый объектив и изображается в плоскости наилучшей установки, в которой находится фотоприемное устройство (не показано), цифровой сигнал с которого формирует изображение. Первый компонент, выполненный в виде плосковыпуклой положительной линзы 1, обращенной выпуклостью к предмету, в сочетании со вторым компонентом, выполненным в виде отрицательной линзы Манжена 2, компенсирует сферохроматические аберрации в заданном спектральном диапазоне (Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. Л.: Машиностроение (Ленинградское отделение), 1975, с. 355). Четвертый компонент, выполненный в виде выпукловогнутой положительной линзы 4 и выпукловогнутой отрицательной линзы 5, компенсирует астигматизм и кривизну поверхности изображения.
Для обеспечения качества изображения зеркально-линзового объектива фокусные расстояния первой и второй линз четвертого компонента должны быть разного знака, при этом должно быть выдержано следующее соотношение:
Оптическая схема зеркально-линзового объектива по варианту 1 позволяет обеспечить качество изображения в коротковолновом РЖ диапазоне спектра.
Принцип действия зеркально-линзового объектива по варианту 2 заключается в следующем:
Линзы 4 и 5 четвертого компонента совместно фотоприемным устройством (защитное стекло которого изображено поз.6) установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, что позволяет изменять воздушный промежуток «А», чем компенсируется температурный увод плоскости наилучшей установки и поддерживается стабильность величины фокусного расстояния.
Для обеспечения термокомпенсации смещения ПНУ в диапазоне температур от минус 50 до +50°С, величина перемещения второго компонента и фотоприемного устройства равна ±0,64 мм, при этом выполняется следующее соотношение:
Оптическая схема зеркально-линзового объектива по варианту 2 позволяет обеспечить стабильность качества изображения и величины фокусного расстояния зеркально-линзового объектива в температурном диапазоне от минус 50 до +50°С.
В оптических расчетах учтена толщина защитного стекла 6 фотоприемника. Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая:
- толщину защитного стекла фотоприемника, равную 2,0 мм;
- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива, равную: 0,9 мкм - 0,8; 1,1 мкм - 1,0; 1,3 мкм - 1,0; 1,5 мкм - 0,8; 1,7 мкм - 0,7; 7
пространственную частоту 20 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника с размером чувствительного элемента, равным 25 мкм), получаем следующие расчетные значения качественных характеристик зеркально-линзового объектива по вариантам 1 и 2:
- для точки на оси (дифракционное качество) КПК=60,9%
- для точки на оси (аберрационное качество) КПК=60,5%
- для точки поля 20 мм КПК м=59,0%
КПКС=58,0%
- для точки поля 40 мм КПК м=48,7%
КПКС=55,1%
Стабильность величины фокусного расстояния зеркально-линзового объектива по варианту 1 в зависимости от изменения температуры при этом приведены в таблице 2.
Стабильность величины фокусного расстояния зеркально-линзового объектива по варианту 2 в зависимости от изменения температуры при этом приведены в таблице 3.
8
Как видно из расчетов, зеркально-линзовый объектив, при простоте его конструкции, обеспечивает приемлемую светосилу (1:4,62), большое линейное поле зрения (80 мм) и дифракционный уровень качества изображения в коротковолновом ИК диапазоне спектра и в широком температурном интервале для оптико-электронных приборов, использующих в качестве фотоприемников линейки или матрицы с размером пикселя ~ 25 мкм.
Claims (8)
1. Зеркально-линзовый объектив, состоящий из четырех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых содержит плосковыпуклую положительную линзу, отличающийся тем, что он содержит апертурную диафрагму, расположенную перед первым компонентом, второй компонент выполнен в виде отрицательной линзы Манжена, третий компонент - в виде наклонного плоского отражающего зеркала, четвертый компонент выполнен из двух линз, первая линза которого выполнена в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а вторая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, при этом коэффициенты линейного расширения материала оправ и колец для воздушных промежутков между компонентами равны друг другу, а в зеркально-линзовом объективе имеет место соотношение:
2. Зеркально-линзовый объектив по п. 1, отличающийся тем, что четвертый компонент совместно с фотоприемным устройством выполнены подвижными вдоль оптической оси, при этом выполняется следующее соотношение:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017103560A RU2672777C2 (ru) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | Зеркально-линзовый объектив |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017103560A RU2672777C2 (ru) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | Зеркально-линзовый объектив |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017103560A RU2017103560A (ru) | 2018-08-02 |
RU2017103560A3 RU2017103560A3 (ru) | 2018-08-02 |
RU2672777C2 true RU2672777C2 (ru) | 2018-11-19 |
Family
ID=63113149
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017103560A RU2672777C2 (ru) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | Зеркально-линзовый объектив |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2672777C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU212877U1 (ru) * | 2022-04-28 | 2022-08-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) | Апланатический компенсатор кривизны поверхности изображения |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5138484A (en) * | 1989-12-12 | 1992-08-11 | Carl-Zeiss-Stiftung | Mirror telescope |
RU2082195C1 (ru) * | 1994-06-16 | 1997-06-20 | Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им.Ф.Н.Красовского | Зеркально-линзовый объектив |
US5760979A (en) * | 1994-02-28 | 1998-06-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Reflecting optical apparatus |
RU20392U1 (ru) * | 2001-04-02 | 2001-10-27 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | Телескоп |
US20020186479A1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-12-12 | Armin Schoppach | Optical system |
-
2017
- 2017-02-02 RU RU2017103560A patent/RU2672777C2/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5138484A (en) * | 1989-12-12 | 1992-08-11 | Carl-Zeiss-Stiftung | Mirror telescope |
US5760979A (en) * | 1994-02-28 | 1998-06-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Reflecting optical apparatus |
RU2082195C1 (ru) * | 1994-06-16 | 1997-06-20 | Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им.Ф.Н.Красовского | Зеркально-линзовый объектив |
US20020186479A1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-12-12 | Armin Schoppach | Optical system |
RU20392U1 (ru) * | 2001-04-02 | 2001-10-27 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | Телескоп |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2785224C1 (ru) * | 2022-04-13 | 2022-12-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Объектив зеркально-линзового телескопа |
RU212877U1 (ru) * | 2022-04-28 | 2022-08-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) | Апланатический компенсатор кривизны поверхности изображения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017103560A (ru) | 2018-08-02 |
RU2017103560A3 (ru) | 2018-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8817392B2 (en) | Wide field athermalized orthoscopic lens system | |
KR101807414B1 (ko) | 삼중대역 파장 영상을 동시 촬영하는 장거리 빗각촬영 카메라 광학계 | |
KR20190096680A (ko) | 촬상 광학계 | |
CN111060203B (zh) | 一种长波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差中继成像系统 | |
JPH09101456A (ja) | 対物レンズ系 | |
RU2365952C1 (ru) | Объектив для ик-области спектра | |
US10054773B2 (en) | Wide-field infrared imaging system | |
RU2672777C2 (ru) | Зеркально-линзовый объектив | |
JP2018091956A (ja) | カタディオプトリック光学系 | |
RU2628372C1 (ru) | Широкоугольный объектив | |
JP5063243B2 (ja) | 主焦点補正光学系及びそれを用いた反射望遠鏡 | |
RU2413261C1 (ru) | Светосильный объектив | |
RU2662032C1 (ru) | Фотографический телеобъектив | |
RU2007144624A (ru) | Светосильный зеркально-линзовый объектив | |
RU2635810C1 (ru) | Фотографический объектив | |
RU181818U1 (ru) | Объектив | |
RU2655622C1 (ru) | Объектив | |
RU2650055C1 (ru) | Катадиоптрический телескоп | |
KR20170002223A (ko) | 망원경용 야간 투시경의 접안 광학계 | |
JP2009223019A (ja) | 主焦点補正光学系及びそれを用いた反射望遠鏡 | |
RU2674303C1 (ru) | Светосильный объектив | |
RU2662022C1 (ru) | Светосильный объектив | |
RU2639242C2 (ru) | Объектив | |
RU2333518C2 (ru) | Зеркально-линзовый объектив | |
RU2690053C1 (ru) | Светосильный объектив |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190203 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200429 |