Патент на изобретение №2349942

(54) ТЕЛЕСКОП С ДИСКРЕТНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ УВЕЛИЧЕНИЯ ДЛЯ ДАЛЬНЕЙ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА

(57) Реферат:

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к телескопическим системам наблюдательных приборов для инфракрасной области спектра длин волн с дискретным изменением увеличения. Технический результат – повышение технологичности за счет уменьшения количества асферических поверхностей, повышение светосилы телескопа и уменьшение эффекта «нарцисса» при сохранении высокого качества изображения. Телескоп содержит объектив и окуляр. Объектив состоит из трех положительных компонентов. Первый компонент – положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Второй компонент состоит из двояковогнутой линзы, плоско-выпуклой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету. Третий компонент – отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Вторая поверхность линзы первого компонента выполнена асферической. Второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы. Окуляр состоит из трех линз, первая – двояковогнутая, вторая и третья выполнены в виде положительных менисков, обращенных выпуклостью друг к другу. Все поверхности линз окуляра выполнены сферическими, при этом имеет место следующее соотношение: 1,1_Р/f_ок<1,3, где S_P – удаление выходного зрачка телескопа, f_ок – фокусное расстояние окуляра. 4 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к телескопическим системам наблюдательных приборов для инфракрасной области спектра длин волн с дискретным изменением увеличения.

Известны конструкции телескопических систем, описанные, например, в заявках на изобретение GB №2076987 (A), G02B 23/00, опубл. 09.12.81 г., GB №2159297 (А), G02B 23/00, опубл. 27.11.85 г., GB №2102588 (А), G02B 23/00, 25/00, опубл. 02.02.83 г. и патенте России RU №2072736, G02B 23/00, 25/00, опубл. 27.01.97 г.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является телескоп с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра, описанный в патенте Российской Федерации RU №2199143, G02B 23/00, опубл. 20.02.2003 г. Он содержит объектив и окуляр. Объектив состоит из трех компонентов, первый из которых – положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент состоит из двояковогнутой линзы, двух положительных менисков, обращенных один – выпуклостью к изображению, другой – выпуклостью к предмету, третий компонент – отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом вторая поверхность линзы первого компонента выполнена асферической. Второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы. Окуляр состоит из трех положительных менисков, первый и второй из которых обращены выпуклостью к изображению, а третий – выпуклостью к предмету. При этом первая поверхность второй линзы окуляра выполнена асферической.

Телескоп имеет следующие технические характеристики:

– Минимальное увеличение Г_мин=-4,2 крат;

– Максимальное увеличение Г_макс=-12,6 крат;

– Диаметр входного зрачка при минимальном увеличении Д_{вх.зр.мин}=43,3 мм;

– Диаметр входного зрачка при максимальном увеличении Д_{вх.зр.макс}=130 мм.

Но у данного телескопа высокая технологическая сложность ввиду использования в схеме двух асферических поверхностей, невысокая светосила, которая определяет невысокое пространственное и тепловое разрешение наблюдательных приборов, недостаточно уменьшенный эффект «нарцисса» от второй поверхности третьего компонента объектива, от второй поверхности первой линзы и от второй поверхности второй линзы окуляра, что приводит к появлению в центре поля зрения расфокусированного изображения охлажденного приемника излучения, что, в свою очередь, влияет на комфортность восприятия изображения.

Задачей изобретения является создание телескопа с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра, с повышенными технологическими и эксплуатационными характеристиками.

Технический результат, реализуемый в предлагаемом изобретении, – повышение технологичности телескопа за счет уменьшения количества асферических поверхностей, повышение светосилы телескопа и уменьшение эффекта «нарцисса» при сохранении высокого качества изображения.

Это достигается тем, что в телескопе с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра, содержащем объектив и окуляр, объектив состоит из трех положительных компонентов, первый из которых – положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент состоит из двояковогнутой линзы, положительной линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, третий компонент – отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом вторая поверхность линзы первого компонента выполнена асферической, второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы, окуляр состоит из трех линз, вторая и третья из которых выполнены в виде положительных менисков, обращенных выпуклостью друг к другу, в отличие от известного, во втором компоненте объектива положительная линза выполнена плосковыпуклой, обращенной выпуклостью к изображению, а в окуляре первая линза выполнена двояковогнутой, и все поверхности линз окуляра выполнены сферическими, при этом имеет место следующее соотношение:

1,1_P/f_ок<1,3,

где S_P – удаление выходного зрачка телескопа,

f_ок – фокусное расстояние окуляра.

На фиг.1 изображена оптическая схема телескопа, на фиг.2-4 – графики аберраций и функций передачи модуляции рассчитанного варианта исполнения телескопа.

Телескоп (фиг.1) содержит объектив, состоящий из трех компонентов, и трехлинзовый окуляр. Первый компонент – положительный мениск 1, обращенный выпуклостью к предмету, его вторая поверхность выполнена асферической. Второй компонент содержит двояковогнутую линзу 2, положительную плоско-выпуклую линзу 3, обращенную выпуклостью к изображению, и положительный мениск 4, обращенный выпуклостью к предмету. Второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы. Третий компонент содержит отрицательный мениск 5, обращенный вогнутостью к изображению. Трехлинзовый окуляр содержит двояковогнутую линзу 6, положительные мениски 7 и 8, обращенные выпуклостью друг к другу.

Телескоп работает следующим образом – световой поток от объекта, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит последовательно через линзы 1-5 и образует в плоскости, в которой совмещены задняя фокальная плоскость объектива и передняя фокальная плоскость окуляра, перевернутое изображение объекта, которое затем посредством линз окуляра 6-8 проецируется в пространстве изображений на бесконечности.

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан телескоп с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра.

Линзы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 обеспечивают увеличение Г_мин. Конструктивные данные телескопа с увеличением Г_мин представлены в табл.1.

Таблица 1
Радиус, мм	Толщина, мм	Материал
236,6
	14	Германий
368,26*
	75
-389,9
	3,5	Германий
286,4
	48
	6	ИКС-25
-186,64
	0,5
85,51
	6	Германий
133,66
	11
171
	6	Селенид цинка
80,91
	81,5
-114,55
	3,5	Селенид цинка
197,7
	6
-201,4
	5,5	Германий
-53,7
	0,5
34,75
	5	Германий
32,58

* асферическая поверхность с уравнением:

где

c=1/R – кривизна поверхности,

k=0 – коническая постоянная,

a₁=a₃=a₄=a₅=a₆=a₇=a₈=0, a₂=1,35125×10^-9 – коэффициенты полинома,

r – радиальная координата.

Линзы 1, 5, 6, 7, 8 обеспечивают увеличение Г_макс. Конструктивные данные телескопа с увеличением Г_макс представлены в табл.2.

* асферическая поверхность с уравнением:

где

c=1/R – кривизна поверхности,

k=0 – коническая постоянная,

а₁=а₃=а₄=а₅=а₆=а₇=а₈=0, а₂=1,35125×10^-9 – коэффициенты полинома,

r – радиальная координата.

Телескоп имеет характеристики, представленные в табл.3.

Таблица 3
№	Параметр	Для увеличения
		Гмин	Гмакс
1	Увеличение, крат	-4	-12,05
2	Угловое поле, градус	7,7	2,6
3	Диаметр входного зрачка	58,52	145
4	Удаление выходного зрачка	31	31
5	Спектральный диапазон, мкм	7,6-10,6
6	Коэффициент передачи модуляции, рассчитанный для телескопа совместно с параксиальной линзой (f=25 мм) на 18 лин/мм для центра поля зрения	0,62	0,54
7	Коэффициент передачи модуляции, рассчитанный для телескопа совместно с параксиальной линзой (f=25 мм) на 18 лин/мм для края поля зрения, меридиональная/сагиттальная	0,51/0,61	0,46/51
8	Дисторсия, %	3,9	4,5

На фиг.2 изображены графики аберраций для Г_макс – поперечная аберрация лучей в зависимости от координаты на зрачке, кривизна изображения и дисторсия в зависимости от координаты поля зрения, рассчитанные для телескопа совместно с параксиальной линзой (f=25 мм).

На фиг.3 изображены графики аберраций для Г_мин – поперечная аберрация лучей в зависимости от координаты на зрачке, кривизна изображения и дисторсия в зависимости от координаты поля зрения, рассчитанные для телескопа совместно с параксиальной линзой (f=25 мм).

На фиг.4 изображены графики функций передачи модуляции, соответственно для Г_макс и Г_мин, рассчитанные для телескопа совместно с параксиальной линзой (f=25 мм).

Анализируя результаты расчетов параксиального значения параметра YNI (журнал «Applied Optics», Vol.21, #18, p.3393 (1982)), определяющего вклад в эффект «нарцисса» от поверхностей, в ближайшем аналоге и предлагаемом изобретении, представленных в табл.4, и учитывая, что вклад в эффект «нарцисса» от поверхности обратно пропорционален (YNI)², можно сделать вывод о том, что эффект «нарцисса» значительно уменьшен.

Фокусное расстояние окуляра f_ок=26,2 мм, удаление выходного зрачка телескопа S_P=31 мм.

Соотношение:

1,1_P/f_ок

выполняется:

1,1<(31/26,2)=1,18<1,3.

Таким образом, получен телескоп с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра с повышенными технологическими и эксплуатационными характеристиками, а именно:

– имеет только одну асферическую поверхность, что делает его более технолочичным;

– имеет более высокую светосилу, определяемую размером входных зрачков, что повышает дальность обнаружения и распознавания приборов;

– уменьшен эффект «нарцисса», что делает изображение более комфортным для восприятия.

Формула изобретения

Телескоп с дискретным изменением увеличения для дальней ИК-области спектра, содержащий объектив и окуляр, объектив состоит из трех положительных компонентов, первый из которых – положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент состоит из двояковогнутой линзы, положительной линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, третий компонент – отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом вторая поверхность линзы первого компонента выполнена асферической, второй компонент объектива установлен с возможностью ввода и вывода из оптической схемы, окуляр состоит из трех линз, вторая и третья из которых выполнены в виде положительных менисков, обращенных выпуклостью друг к другу, отличающийся тем, что во втором компоненте объектива положительная линза выполнена плосковыпуклой, обращенной выпуклостью к изображению, а в окуляре первая линза выполнена двояковогнутой, и все поверхности линз окуляра выполнены сферическими, при этом имеет место следующее соотношение:

1,1_P/f_ок<1,3,

где S_Р – удаление выходного зрачка телескопа;

f_ок – фокусное расстояние окуляра.

РИСУНКИ

,3