Зеркально-линзовый вариообъектив

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее, к объективам, работающими с ПЗС - приемниками и может быть использована для получения информации от внешних объектов. Зеркально-линзовый вариообъектив, состоит из двух зеркал, причем первичное зеркало вогнутое, обращенное вогнутостью к пространству объектов, с отверстием в центральной части, вторичное зеркало выпуклое, обращенное выпуклой зеркальной поверхностью к изображению и установленное с возможностью ввода и вывода его из хода лучей, и положительного компенсатора, перед вторичным зеркалом расположен положительный компонент упомянутые зеркала выполнены асферическими, форма зеркал описывается уравнением: , где z - стрелка поверхности, рассчитываемая вдоль оптической оси объектива; h -текущая координата, измеряемая по оси перпендикулярной оптической оси объектива выражает высоту падения луча на поверхность; с=1/r - кривизна поверхности при ее вершине; r - радиус кривизны при вершине; k - коэффициент эксцентриситета, упомянутый положительный компенсатор состоит из положительной расклеенной линзы, состоящей из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, разделенных воздушным промежутком, и установлен за первичным зеркалом, упомянутый положительный компонент выполнен склеенным из двух компонентов, положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска. Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемой полезной модели повышает его информативность, что позволяет использовать его как зеркально-линзовый объектив, обладающий переменным увеличением и позволяющий осуществлять поиск объекта наблюдения с увеличенным полем в видимом диапазоне длин волн. 2 илл

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее, к объективам, работающими с ПЗС - приемниками и может быть использована для получения информации от внешних объектов.

Известен объектив с двойным полем зрения, европейский патент ЕР 0145845, МПК G02B 17/08 опубликованный 26.06.1985 г., который содержит 8 компонентов. Объектив имеет два канала: зеркально-линзовую оптическую систему, работающую с малым полем, и линзовую оптическую систему, работающую с большим полем. Переключение оптической системы из узкопольной в широкопольную производится выводом вторичного зеркала за пределы световых пучков.

Недостаток известного объектива - оптическая система не может работать в видимом диапазоне длин волн, имеет неудовлетворительное качество изображения и высокую сложность конструкции.

Наиболее близким по техническому решению является инфракрасный зеркально-линзовый объектив с двойным полем зрения патент Российская Федерация 2292066, МПК G02B 17/08, G02B 15/08, G02B 13/14 (2006/01), опубликованный 15.06.2005, со следующими техническими характеристиками: узкопольный объектив: фокусное расстояние 180 мм, относительное отверстие 1:2, угловое поле 2w=7 угловых градусов.; широкопольный объектив: фокусное расстояние 74.5 мм, относительное отверстие 1:2.4, угловое поле 2w=17 угловых градусов.

Этот объектив выбран авторами за прототип. Инфракрасный зеркально-линзовый объектив с двойным полем зрения включает линзовый компенсатор, выполненный в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету с отверстием в центральной части, вогнутое первичное зеркало Манжена, выполненное в виде отрицательного мениска, обращенное выпуклостью к изображению, на выпуклой поверхности которого нанесено зеркальное покрытие с отверстием в центральной части, вторичное контрзеркало, с зеркальным покрытием на выпуклой поверхности, обращенное выпуклостью к изображению и установленное с возможностью ввода и вывода его из хода лучей, фокальный компенсатор, выполненный в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету и установленного в отверстии первичного зеркала Манжена. Перед линзовым компенсатором - положительным мениском расположен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, а за ним, перед контрзеркалом - двояковыпуклая линза в центральном отверстии линзового компенсатора - положительного мениска.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности работы в видимом диапазоне спектра, малое фокусное расстояние узкопольного объектива, малый перепад увеличения при переходе от узкопольного объектива к широкопольному объективу.

Задачей полезной модели является обеспечение работы объектива в видимом диапазоне длин волн с двумя различными увеличениями, при этом при выводе вторичного зеркала из хода лучей объектив должен работать с увеличенным угловым полем.

Решение указанной задачи достигается тем, что в зеркально-линзовом вариообъективе, состоящем из двух зеркал, первичное зеркало вогнутое, обращенное вогнутостью к пространству объектов, с отверстием в центральной части, вторичное зеркало выпуклое, обращенное выпуклой зеркальной поверхностью к изображению и установленное с возможностью ввода и вывода его из хода лучей, и положительного компенсатора, перед вторичным зеркалом расположен положительный компонент, упомянутые зеркала (первое и второе зеркала) выполнены асферическими, форма зеркал описывается уравнением:

,

где z - стрелка поверхности, рассчитываемая вдоль оптической оси объектива, h - текущая координата, измеряемая по оси перпендикулярной оптической оси объектива выражает высоту падения луча на поверхность; с=1/r - кривизна поверхности при ее вершине; r - радиус кривизны при вершине; k - коэффициент эксцентриситета; упомянутый положительный компенсатор состоит из положительной расклеенной линзы, состоящей из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, разделенных воздушным промежутком, и установлен за первичным зеркалом; общий положительный компонент выполнен склеенным из двух компонентов, положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска.

Установка второго компонента с возможностью ввода и вывода из хода лучей обеспечивает возможность работы системы с двумя различными увеличениями, причем объектив, работающий с меньшим увеличением работает с увеличенным угловым полем. Выполнение отражающих поверхностей первого и второго зеркал поверхностями асферической формы обеспечивает апланатическую коррекцию аберраций в объективе, работающем с большим увеличением.

Выполнение положительного компенсатора из положительной расклеенной линзы и отрицательного мениска, разделенных воздушным промежутком, обеспечивает возможность исправления астигматизма. Выполнение положительного компонента, расположенного перед вторичным зеркалом, в виде склеенного компонента из двух линз, изготовленных из разных марок стекол, а также выполнение положительного компенсатора из расклеенной положительной линзы, состоящей из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, и отрицательного мениска, выполненных из разных марок стекол позволяет обеспечить работу системы в видимом диапазоне длин волн.

Указанная совокупность обеспечивает необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать вариообъектив, работающий в видимом диапазоне длин волн с двумя различными увеличениями, при этом при работе с меньшим увеличением объектив работает с увеличенным угловым полем, что достигается за счет конструктивного выполнения оптической схемы объектива.

Совокупность всех признаков позволяет решить поставленную задачу, исключение любого из них ведет к невозможности реализации зеркально-линзового объектива с возможностью смены увеличения и увеличенным полем объектива.

Сущность изобретения поясняется чертежами: где на фиг.1 а, б представлены две оптических схемы зеркально-линзового объектива, а -система с вторичным зеркалом, б - система после вывода вторичного зеркала из хода лучей;

на фиг.2 а, б представлены графики частотно-контрастных характеристик для двух оптических схем объектива по предлагаемому изобретению, а - вторичное зеркало установлено в ходе лучей, б - вторичное зеркало выведено из хода лучей.

Зеркально-линзовый вариообъектив, содержит последовательно расположенные по ходу луча пять компонентов, первый компонент 1 - вогнутое зеркало, второй 2 - выпуклое зеркало, третий компонент 3 - положительная расклеенная линза, четвертый компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объектов 4, пятый компонент - положительный компонент 5, установленный перед вторичным зеркалом.

Объектив работает следующим образом:

1. световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива, в случае а, когда вторичное зеркало установлено в ходе лучей, 1-4, изображение образуется в фокальной плоскости 6 объектива. Изображение затем совмещается со светочувствительным слоем ПЗС-матрицы (на чертежах не показана).

2. с целью смены увеличения обеспечивается замена выпуклого зеркала положительным линзовым компонентом, световой поток от бесконечно удаленного объекта проходит через элементы объектива 5, 3, 4, после которых образуется изображение в фокальной плоскости 6 объектива. Изображение затем совмещается со светочувствительным слоем ПЗС-матрицы (на чертежах не показана).

Примером конкретной реализации предлагаемого изобретения является зеркально-линзовый вариообъектив, фокусное расстояние узкопольного объектива 1000 мм, фокусное расстояние широкопольного объектива 333.3 мм, относительное отверстие 1:5 угловые поля 2w=2° и 10° соответственно, полные линейные поля в пространстве изображений - 17.5 мм и 29.1 мм.

Конструктивные параметры для двух конфигураций зеркально-линзового вариообъектива представлены в таблицах 1.1 и 1.2, технические характеристики объектива в целом даны в таблице 2.

Таблица 1.1.
Конструктивные параметры объектива с большим увеличением и малым угловым полем.
N поверхности	Радиусы, мм	Толщины, мм	Марки стекол	Световые диаметры, мм	Коэффициент асферики
Объект		бесконечность	-
1 - диафрагма	-712.62	-240	Зеркало	200.25	1.154801
2	-359.16	251.41	Зеркало	74.46	6.024484
3	233.23	15	N-BAK1	44.22
4	-110.8	4.17	-	42.49
5	-118.17	4.34	SSKN8	40.38
6	4152.62	20	-	39.48
7	-72.76	10.9	P-SK57	35.34
8	-237.36	26.55		35.84
Изображение				35.19

Таблица 1.2.
Конструктивные параметры объектива с увеличенным полем и меньшим увеличением.
N поверхности		Радиусы, мм	Толщины, мм	Марки стекол		Световые диаметры, мм
Объект			бесконечность	-
1 - диафрагма		205.95	15	N-PSK58		66.47
2		-112.98	8	KZFS1		66.42
3		-1005.68	245			66.52
4		233.23	15	N-BAK1		59.96
5		-110.8	4.17	-		58.95
6		-118.17	4.34	SSKN8		56.48
7		4152.62	20	-		55.56
8		-72.76	10.9	P-SK57		52.88
9		-237.36	26.55			55.36
Изображение						59.31
Таблица 2.
Технические характеристики объектива.
N	Название характеристики				Значение
1	Фокусное расстояние, мм				333.3
2	Угловое поле, угл.град.				10
3	Относительное отверстие				1:5
4	Задний фокальный отрезок, мм				26.55
5	Общая длина, мм				348.97
N	Название характеристики				Значение
1	Фокусное расстояние, мм				1000
2	Угловое поле, угл.град.				2
3	Относительное отверстие				1:5
4	Задний фокальный отрезок, мм				26.55
5	Общая длина, мм				332.37

Техническим преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом является возможность работы в видимом диапазоне длин волн.

Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемой полезной модели повышает его информативность, что позволяет использовать его как зеркально-линзовый объектив, обладающий переменным увеличением и позволяющий осуществлять поиск объекта наблюдения с увеличенным полем в видимом диапазоне длин волн.

Зеркально-линзовый вариообъектив состоит из двух зеркал, причем первичное зеркало вогнутое, обращенное вогнутостью к пространству объектов, с отверстием в центральной части, вторичное зеркало выпуклое, обращенное выпуклой зеркальной поверхностью к изображению и установленное с возможностью ввода и вывода его из хода лучей, и положительного компенсатора, перед вторичным зеркалом расположен положительный компонент, отличающийся тем, что упомянутые зеркала выполнены асферическими, форма зеркал описывается уравнением ,

где z - стрелка поверхности, рассчитываемая вдоль оптической оси объектива; h - текущая координата, измеряемая по оси, перпендикулярной оптической оси объектива, выражает высоту падения луча на поверхность; с=1/r - кривизна поверхности при ее вершине; r - радиус кривизны при вершине; k - коэффициент эксцентриситета, упомянутый положительный компенсатор состоит из положительной расклеенной линзы, состоящей из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, разделенных воздушным промежутком, и установлен за первичным зеркалом, упомянутый положительный компонент выполнен склеенным из двух компонентов - положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска.