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.
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.