RU2680656C1 - Зеркально-линзовый термонерасстраиваемый объектив - Google Patents
Зеркально-линзовый термонерасстраиваемый объектив Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680656C1 RU2680656C1 RU2018113014A RU2018113014A RU2680656C1 RU 2680656 C1 RU2680656 C1 RU 2680656C1 RU 2018113014 A RU2018113014 A RU 2018113014A RU 2018113014 A RU2018113014 A RU 2018113014A RU 2680656 C1 RU2680656 C1 RU 2680656C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- space
- compensator
- mirror
- linear expansion
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 201000002266 mite infestation Diseases 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
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
- G02B17/0804—Catadioptric systems using two curved mirrors
- G02B17/0808—Catadioptric systems using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
-
- 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)
- Lens Barrels (AREA)
Abstract
Объектив может быть использован в оптико-электронных системах и при необходимости высокого уровня термостойкости. Объектив содержит установленные по ходу луча мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, линзу Манжена в виде вогнутого мениска с отверстием в центральной зоне, обращенного вогнутостью к пространству предметов, вторичное выпуклое зеркало, обращенное выпуклостью к пространству изображений, двухлинзовый компенсатор, первая линза которого - отрицательная выпукловогнутая, вторая - отрицательная. Эквивалентное фокусное расстояние компенсатора - (0,15-0,20)f', где f' - фокусное расстояние объектива. Все оптические элементы изготовлены из одного оптического материала с коэффициентом дисперсии 60≤νd≤70 и температурным коэффициентом линейного расширения 0,2×10-6≤αt≤8,5×10-6°С-1, который отличается от температурного коэффициента линейного расширения материала, из которого изготовлены механические части объектива, не более чем на 1,5×10-6°С-1. Технический результат - создание длиннофокусного объектива, термонерасстраиваемого в диапазоне от -40°С до +50°С, с высоким качеством изображения в широком спектральном диапазоне по всему полю зрения и сохраняющего герметизацию при значительных перепадах температур, упрощение конструкции и уменьшение габаритов и массы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к классу зеркально - линзовых объективов, в том числе длиннофокусных, и может быть использовано в оптико- электронных системах обнаружения и наблюдения удаленных объектов, а также в других областях техники, где необходимы оптические объективы, обладающие высоким уровнем термостойкости.
Известен малолинзовый термонерасстраиваемый объектив, принятый за аналог к заявляемому изобретению [Авт. Свид. SU №1744682, МПК G02B 9/04, дата приор. 18.08.1989, опубл. 30.06.1992, Бюл. №24]. Объектив выполнен в виде двух оптических компонентов, последовательно расположенных на оптической оси. Первый компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к предмету. Второй компонент положительный, состоит из плосковыпуклой линзы, обращенной плоской поверхностью к изображению, и киноформного оптического элемента, выполненного ионной полировкой на плоской поверхности положительной линзы. Как указывается в описании объектива, он обеспечивает апохроматическую коррекцию в широком температурном диапазоне.
Основные недостатки объектива-аналога заключаются в том, что он сложен в изготовлении, усложнение возникает вследствие необходимости выполнения киноформного элемента ионной полировкой на плоской поверхности линзы с обеспечением глубины обработки зон киноформного элемента, не превышающей 1,5 мкм. Использование киноформного элемента, обладающего невысокой дифракционной эффективностью в широком спектральном диапазоне, может приводить к появлению ложных изображений. Объектив имеет малое относительное отверстие (1:16), большое расстояние от первой поверхности объектива до фокальной плоскости 4024 мм, большие весогабаритные характеристики.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является зеркально - линзовый объектив [Патент RU №2003145, МПК G02B 17/08, дата приор. 27.03.1992, опубл. 15.11.1993, Бюл. №41-42], выбранный нами в качестве прототипа. Объектив состоит из последовательно установленных по ходу луча двухлинзового коррекционного элемента, линзы Манжена, вторичного зеркала и двухлинзового компенсатора, расположенного между вторичным зеркалом и плоскостью изображения. Фокусное расстояние объектива 1000 мм. Недостатками объектива является его терморасстраиваемость, недостаточно большое фокусное расстояние, значительное количество оптических элементов, что обусловливает уменьшение светопропускания, усложняет изготовление и юстировку.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Задачей изобретения является создание длиннофокусного объектива, термонерасстраиваемого в широком температурном диапазоне, обеспечивающего высокое качество изображения в широком спектральном диапазоне.
Техническим результатом,, достигаемым при осуществлении изобретения, является создание длиннофокусного объектива, термонерасстраиваемого в широком температурном диапазоне (от -40°С до +50°С), обеспечивающего высокое качество изображения в широком спектральном диапазоне, сохраняющего герметизацию при значительных перепадах температур и высокое качество изображения по всему полю зрения. Значительное увеличение фокусного расстояния объектива достигается при упрощении и удешевлении конструкции, уменьшении габаритов и массы.
Указанный технический результат достигается тем, что в зеркально - линзовом объективе, содержащем расположенные по ходу луча мениск, обращенный вогнутостью в сторону пространства предметов, линзу Манжена, представляющую собой вогнутый мениск с отверстием в центральной зоне, обращенный вогнутостью в сторону пространства предметов, вторичное выпуклое зеркало, обращенное выпуклостью в сторону пространства изображений, двухлинзовый компенсатор, расположенный между вторичным зеркалом и плоскостью изображения, первая линза которого является отрицательной, в соответствии с заявляемым техническим решением первая линза компенсатора выполнена выпукловогнутой, вторая линза компенсатора выполнена отрицательной, а эквивалентное фокусное расстояние двухлинзового компенсатора составляет (0,15-0,20)f', где f' - фокусное расстояние объектива, все оптические элементы объектива изготовлены из одного оптического материала, коэффициент дисперсии νd и температурный коэффициент линейного расширения αt которого выбираются, соответственно, из условий 60≤νd≤70 и 0,2×10-6<αt<8,5×10-6°С-1, при этом механические части объектива также изготовлены из одного материала, температурный коэффициент линейного расширения которого отличается от температурного коэффициента линейного расширения оптического материала не более, чем на 1,5×10-6°С-1.
Если в заявляемом зеркально-линзовом объективе вторая линза компенсатора выполнена плосковогнутой, обращенной вогнутостью в сторону пространства предметов, то это характеризует одну из частных форм реализации объектива, обеспечивающую упрощение и более высокую технологичность процесса изготовления объектива.
На фиг. 1 представлена принципиальная оптическая схема зеркально-линзового термонерасстраиваемого длиннофокусного объектива, где 1 - мениск, направленный вогнутостью в сторону пространства предметов, 2 - линза Манжена, представляющая собой вогнутый мениск с отверстием в центральной зоне, обращенный вогнутостью в сторону пространства предметов, 3 - вторичное выпуклое зеркало, обращенное выпуклостью в сторону пространства изображений, двухлинзовый компенсатор, состоящий из первой отрицательной линзы 4, выполненной выпукловогнутой, и второй линзы 5, выполненной отрицательной и плосковогнутой, обращенной вогнутостью в сторону пространства предметов, F' - точка фокуса в плоскости изображения, П - плоскость изображения.
На фиг. 2 представлены зависимость значения концентрации энергии в относительных единицах от радиуса кружка в пятне рассеяния в плоскости изображения для угла поля зрения ω=0°.
На фиг. 3 представлены зависимость значений концентрации энергии в относительных единицах от радиуса кружка в пятне рассеяния в плоскости изображения для угла поля зрения ω=0,62°.
Термонерасстраиваемый длиннофокусный объектив работает следующим образом.
Параллельный световой пучок падает на мениск 1, направленный вогнутостью в сторону пространства предметов. После преломления в мениске 1 световое излучение попадает на линзу Манжена 2, представляющую собой вогнутый мениск с отверстием в центральной зоне, обращенный вогнутостью в сторону пространства предметов. Затем, отразившись от линзы Манжена, излучение падает на вторичное выпуклое зеркало 3, обращенное выпуклостью в сторону пространства изображений. Отразившись от вторичного зеркала 3 излучение проходит двухлинзовый компенсатор, состоящий из первой отрицательной линзы 4, выполненной выпукловогнутой и второй линзы 5, выполненной отрицательной. Вторая линза 5 может быть выполнена плосковогнутой, обращенной вогнутостью в сторону пространства предметов. Компенсатор исправляет полевые аберрации объектива. Затем световой пучок фокусируется в плоскости изображения П.
Применение данной оптической схемы позволяет обеспечить высокое качество изображения в широком спектральном диапазоне. Выбор материалов для оптических элементов и механических частей объектива в соответствии с задаваемыми условиями обеспечивает сохранение высокого качества изображения в широком температурном диапазоне. Все оптические элементы объектива изготавливают из одного оптического материала, коэффициент дисперсии νj и температурный коэффициент линейного расширения αt которого выбирают, соответственно, из условий 60≤νd≤70 и 0,2×10-6≤αt≤8,5×10-6°С-1. Механические части объектива (корпус, оправы, крепежные элементы) также изготавливают из одного материала, температурный коэффициент линейного расширения которого отличается от температурного коэффициента линейного расширения оптического материала не более, чем на 1,5×10-6°С-1. За счет близости температурных коэффициентов линейного расширения материалов, из которых изготовлены оптические элементы и механические части объектива, также сохраняется герметизация объектива при значительных перепадах температур. Пример конкретного выполнения.
Ниже приведены расчетные параметры зеркально-линзового объектива, представленного на фиг. 1:
Фокусное расстояние, мм | 2000.0 |
Диафрагменное число | 10,0 |
Угловое поле зрения, угл. гр. | 1, 24° |
Положение предмета относительно первой поверхности, мм | ∞ |
Диаметр входного зрачка, мм | 200 |
Спектральный рабочий диапазон, мкм | 0.4-0.75 |
Весогабаритные размеры конструкции зеркально-линзового объектива:
Размеры объектива, мм | ∅215×500 |
Масса объектива, кг | 9.8 |
В таблице 1 приведены конструктивные параметры зеркально-линзового объектива по п. 2 формулы изобретения в последовательности хода лучей.
Конструктивные параметры объектива подобраны так, чтобы исправить сферическую и хроматическую аберрации в широком спектральном диапазоне 0,4÷7,5 мкм. Значение эквивалентного фокусного расстояния двухлинзового компенсатора находится в пределах от 0,15f' до 20f', где f' - фокусное расстояние объектива, что обеспечивает исправление полевых аберраций. Механические части объектива изготавливаются из титана (Ti) с температурным коэффициентом линейного расширения 8,15×10-6°С-1, все оптические элементы из стекла ЛК6, температурный коэффициент линейного расширения которого составляет 8,2×10-6°С-1.
Рассчитанные значения концентрации энергии в относительных единицах от радиуса кружка в пятне рассеяния в фокальной плоскости для углов поля зрения ω=0° и ω=0,62°, представленные на фиг. 2 и фиг. 3, показывают высокое качество изображения, обеспечиваемое объективом.
В Таблице 2 приведены значения концентрации энергии в относительных единицах для радиуса кружка 11 мкм в пятне рассеяния для углов поля зрения ω=0° и ω=0,62° зеркально-линзового объектива в диапазоне температур от -40°С до +50°С.
Крайне незначительные изменения значений концентрации энергии, приведенные в табл.2, свидетельствуют о термонерасстраиваемости объектива в широком диапазоне температур от -40 до 50°С.
Помимо указанной пары материалов - стекло ЛК6 и Ti, возможна такая комбинация материалов как кварцевое стекло (оптический материал) и инвар (материал для механических частей объектива). Коэффициент дисперсии кварцевого стекла νd=67,6, температурный коэффициент линейного расширения αt равен 0,4×10-6°С-1, температурный коэффициент линейного расширения сплава инвар 1,3×10-6°С-1.
Таким образом, создан зеркально-линзовый длиннофокусный объектив, термонерасстраиваемый в широком температурном диапазоне (от -40°С до +50°С), обеспечивающий высокое качество изображения в широком спектральном диапазоне. Значительное увеличение фокусного расстояния объектива достигается при упрощении и удешевлении конструкции, уменьшении габаритов и массы.
Claims (2)
1. Зеркально-линзовый термонерасстраиваемый объектив, содержащий расположенные по ходу луча мениск, обращенный вогнутостью в сторону пространства предметов, линзу Манжена, представляющую собой вогнутый мениск с отверстием в центральной зоне, обращенный вогнутостью в сторону пространства предметов, вторичное выпуклое зеркало, обращенное выпуклостью в сторону пространства изображений, двухлинзовый компенсатор, расположенный между вторичным зеркалом и плоскостью изображения, первая линза которого является отрицательной, отличающийся тем, что первая линза компенсатора выполнена выпукловогнутой, вторая линза компенсатора выполнена отрицательной, а эквивалентное фокусное расстояние двухлинзового компенсатора составляет (0,15-0,20)f', где f' - фокусное расстояние объектива, все оптические элементы объектива изготовлены из одного оптического материала, коэффициент дисперсии νd и температурный коэффициент линейного расширения αt которого выбираются, соответственно, из условий 60≤νd≤70 и 0,2×10-6≤αt≤8,5×10-6°С-1, при этом механические части объектива также изготовлены из одного материала, температурный коэффициент линейного расширения которого отличается от температурного коэффициента линейного расширения оптического материала не более чем на 1,5×10-6°С-1.
2. Зеркально-линзовый термонерасстраиваемый объектив по п. 1, отличающийся тем, что вторая линза компенсатора выполнена плосковогнутой, обращенной вогнутостью в сторону пространства предметов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018113014A RU2680656C1 (ru) | 2018-04-10 | 2018-04-10 | Зеркально-линзовый термонерасстраиваемый объектив |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018113014A RU2680656C1 (ru) | 2018-04-10 | 2018-04-10 | Зеркально-линзовый термонерасстраиваемый объектив |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2680656C1 true RU2680656C1 (ru) | 2019-02-25 |
Family
ID=65479279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018113014A RU2680656C1 (ru) | 2018-04-10 | 2018-04-10 | Зеркально-линзовый термонерасстраиваемый объектив |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2680656C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2730926A (en) * | 1954-08-25 | 1956-01-17 | Back Frank Gerard | Catadioptric telephoto objective systems |
US3438695A (en) * | 1967-08-02 | 1969-04-15 | Canon Kk | High speed catadioptric optical system of cassegrain type |
US4061420A (en) * | 1976-05-06 | 1977-12-06 | Questar Corporation | Catadioptric lens system |
RU2003145C1 (ru) * | 1992-03-27 | 1993-11-15 | Научно-исследовательский институт "Радиоэлектроника и лазерна техника" МГТУ им.Н.Э.Баумана | Зеркально-линзовый фотографический объектив |
RU2012907C1 (ru) * | 1991-06-03 | 1994-05-15 | Государственное предприятие "Производственное объединение "Красногорский завод им.С.А.Зверева" | Зеркально-линзовый объектив |
-
2018
- 2018-04-10 RU RU2018113014A patent/RU2680656C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2730926A (en) * | 1954-08-25 | 1956-01-17 | Back Frank Gerard | Catadioptric telephoto objective systems |
US3438695A (en) * | 1967-08-02 | 1969-04-15 | Canon Kk | High speed catadioptric optical system of cassegrain type |
US4061420A (en) * | 1976-05-06 | 1977-12-06 | Questar Corporation | Catadioptric lens system |
RU2012907C1 (ru) * | 1991-06-03 | 1994-05-15 | Государственное предприятие "Производственное объединение "Красногорский завод им.С.А.Зверева" | Зеркально-линзовый объектив |
RU2003145C1 (ru) * | 1992-03-27 | 1993-11-15 | Научно-исследовательский институт "Радиоэлектроника и лазерна техника" МГТУ им.Н.Э.Баумана | Зеркально-линзовый фотографический объектив |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9297987B2 (en) | Wide field athermalized orthoscopic lens system | |
US20190049705A1 (en) | Two-color very wide field of view refractive eyepiece-type optical form | |
CN103823294A (zh) | 具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统 | |
RU2506616C1 (ru) | Светосильный объектив ик-области | |
RU2386155C1 (ru) | Светосильный объектив | |
RU2630194C1 (ru) | Светосильный объектив | |
RU2606699C1 (ru) | Двухканальная оптико-электронная система | |
RU2680656C1 (ru) | Зеркально-линзовый термонерасстраиваемый объектив | |
RU2645912C1 (ru) | Светосильный объектив | |
RU163268U1 (ru) | Двухлинзовый объектив | |
RU2577082C1 (ru) | Апохроматический атермальный объектив (варианты) | |
RU2594955C1 (ru) | Телеобъектив для ик-области спектра | |
RU2672703C1 (ru) | Двухканальная зеркально-линзовая система | |
RU2547005C1 (ru) | Апохроматический объектив | |
RU2650055C1 (ru) | Катадиоптрический телескоп | |
RU2646405C1 (ru) | Инфракрасная зеркально-линзовая система | |
CN108152241B (zh) | 长波红外成像光学系统 | |
RU2620202C1 (ru) | Объектив для ИК-области спектра | |
RU2645446C1 (ru) | Трёхлинзовый атермализованный объектив для ИК-области спектра | |
RU2415451C1 (ru) | Зеркально-линзовый объектив | |
RU2331909C1 (ru) | Объектив для ближней ик-области спектра | |
RU2586394C1 (ru) | Объектив для ик-области спектра | |
RU2759050C1 (ru) | Двухлинзовый объектив | |
RU2798769C1 (ru) | Зеркально-линзовый объектив телескопа для космического аппарата микрокласса | |
RU2560748C1 (ru) | Светосильный объектив |