СВЕТОСИЛЬНЫЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к светосильным зеркально-линзовым объективам и может использоваться в системах, работающих с ПЗС-матрицами.
Известен зеркально-линзовой объектив [1], содержащий расположенные по ходу луча первую положительную линзу, отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости предметов, имеющий на второй поверхности кольцеобразное отражающее покрытие, вторичное зеркало, совмещенное со второй поверхностью первой положительной линзы, вторую положительную линзу, склеенную с первой поверхностью отрицательного мениска и светофильтр, установленный после менисковой линзы.
Наиболее близким к полезной модели является зеркально-линзовый объектив [2], содержащий расположенные по ходу луча первую положительную выпуклоплоскую линзу, отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости предметов, на второй поверхности которого нанесено кольцеобразное отражающее покрытие, вторичное зеркало, совмещенное со второй поверхностью выпуклоплоской линзы и линзовый компенсатор, состоящий из двух положительных менисков, первый из которых обращен выпуклой поверхностью к плоскости предметов, второй к плоскости изображения.
Указанные оптические системы не позволяют получить высокое качество изображения по всему полю зрения в широкой области спектра, необходимое для работы с современными ПЗС-матрицами.
Задачей данной полезной модели является повышение качества изображения по всему полю зрения.
Сущность полезной модели заключается в том, что в светосильном зеркально-линзовом объективе, содержащем расположенные по ходу луча положительную линзу, отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости предметов, на второй поверхности которого нанесено кольцеобразное отражающее покрытие, вторичное зеркало, совмещенное со второй поверхностью положительной линзы и линзовый компенсатор, состоящий из двух линз, вторая из которых положительная, отличающийся тем, что первая линза компенсатора выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображения, при этом в линзовом компенсаторе расстояние между вогнутой поверхностью отрицательного мениска и первой поверхностью положительной линзы составляет 0,1...0,2 фокусного расстояния линзового компенсатора.
Выполнение первой линзы компенсатора в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображения, обеспечение в линзовом компенсаторе расстояния между вогнутой поверхностью отрицательного мениска и первой поверхностью положительной линзы в пределах 0,1...0,2 фокусного расстояния линзового компенсатора, позволяет устранить аберрации широкого наклонного пучка лучей и тем самым обеспечить высокое качество изображения по всему полю зрения.
В соответствии с предлагаемым решением был выполнен расчет конкретного варианта зеркально-линзового объектива.
На фиг.1 изображена оптическая схема светосильного зеркально-линзового объектива.
На фиг.2 представлены конструктивные параметры объектива.
На фиг.3 приведены графики расчетных полихроматических частотно-контрастных характеристик (ЧКХ) объектива для меридионального и сагиттального сечений в плоскости наилучшей установки. ЧКХ объектива
рассчитаны в соответствии с таблицами коэффициентов спектральной эффективности, приведенной ниже:
λ, нм
770
790
840
890
910
С
0,1
0,75
1
0,75
0,1
Светосильный зеркально-линзовый объектив (фиг.1) содержит положительную линзу 1, со второй поверхностью которой совмещено вторичное зеркало, отрицательный мениск 2, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости преметов, на второй поверхности которого нанесено кольцеобразное отражающее покрытие, линзовый компенсатор, состоящий из отрицательного мениска 3, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображения и положительной линзы 4, светофильтр 5 и защитное стекло ПЗС-матрицы. Положительные линзы 1 объектива выполнены в виде двояковыпуклых линз, также они могут быть выполнены плосковыпуклыми. Плоскость изображения объектива совпадает с плоскостью ПЗС-матрицы. Требуемое светорассеяние в плоскости изображения обеспечивается блендами 6, 7. Светофильтр 5 обеспечивает необходимую рабочую область спектра. Фокусное расстояние линзового компенсатора составляет 142,6 мм. Расстояние между вогнутой поверхностью отрицательного мениска 3 и первой поверхностью положительной линзы 4 равно 17,1 мм.
Зеркально-линзовый объектив работает следующим образом: световой поток проходит через кольцеобразную рабочую зону положительной линзы 1, затем, отразившись от внутренней поверхности отрицательного мениска 2, попадает на вторичное зеркало, совмещенное со второй поверхностью линзы 1, которое направляет этот поток на линзы 3, 4 линзового компенсатора и формирует изображение объекта наблюдения в плоскости изображений. Входной зрачок совпадает с первой поверхностью линзы 1.
Предлагаемый объектив работает в области спектра от 770 до 910 нм. Расчетная длина волны 840 нм. Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики: фокусное расстояние 332 мм, относительное отверстие D:f=1:2, угол поля зрения 1°40'. Расстояние от первой поверхности объектива до плоскости изображения не превышает 0,51 фокусного расстояния зеркально-линзового объектива.
Зеркально-линзовый объектив обеспечивает высокое качество изображения, позволяющее получить аберрационный кружок рассеяния 0,012 мм для точки на оси и 0,02 мм для точки вне оси w=0°50' при коэффициенте виньетирования верхней половины зрачка 0.25 в рабочей области спектра. Расчетное значение концентрации энергии в кружке диаметром 0,017 мм составляет 92% для точки на оси и 86% для точки вне оси при w=0°50'.
Графики ЧКХ (фиг.3) подтверждают что объектив имеет более высокую разрешающую способность по сравнению с прототипом.
Источники информации:
1. Патент RU №2091835, публикация 1997 г, МКИ G02B 17/08.
2. Патент RU №2093869, публикация 1997 г, МКИ G02B 17/08-прототип.