Инфракрасный телескоп с двумя увеличениями

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) 1. Инфракрасный телескоп с двумя увеличениями, содержащий объектив, включающий расположенные по ходу лучей первый положительный линзовый компонент, второй отрицательный линзовый компонент для смены увеличения, имеющий два фиксированных положения на оптической оси, а также малую подвижку вдоль оптической оси в этих фиксированных положениях, третий положительный линзовый компонент, четвертый отрицательный линзовый компонент, и окуляр, отличающийся тем, что первый положительный линзовый компонент выполнен в виде положительной асферической линзы с дифракционным оптическим элементом, третий положительный линзовый компонент выполнен в виде положительной линзы, первая поверхность которой выполнена асферической, третий и/или четвертый линзовый компоненты имеют подвижку вдоль оптической оси, при этом радиус кривизны первой поверхности третьего линзового компонента 5 и радиус кривизны второй поверхности третьего линзового компонента 6 связаны соотношением 5/60,5,радиус кривизны второй поверхности четвертого линзового компонента 8 и радиус кривизны первой поверхности первого линзового компонента 1 связаны соотношением 8/10,2,а окуляр выполнен в виде положительной асферической линзы. 2. Инфракрасный телескоп по п. 1, отличающийся тем, что положительная асферическая линза первого линзового компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой стороной к изображению. 3. Инфракрасный телескоп по п. 1, отличающийся тем, что дифракционный элемент выполнен в виде киноформа. 4. Инфракрасный телескоп по п. 1, отличающийся тем, что положительная асферическая линза окуляра выполнена двояковыпуклой. 5. Инфракрасный телескоп по п. 1, отличающийся тем, что между четвертым линзовым компонентом объектива и окуляром установлена диафрагма. Изобретение относится к ИК оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах. В тепловизионных системах, как правило, необходимо иметь два увеличения. Большое увеличение обеспечивает опознавание объекта на максимальной дальности в узком поле зрения, а малое увеличение обеспечивает поиск объекта в широком поле зрения. Известны конструкции ИК телескопов 1, 2, в которых смена увеличения осуществляется путем введения дополнительной системы линз. Такие системы имеют увеличенное число линз, что обуславливает усложнение конструкции, веса и стоимости. Из теории оптических систем известно, что можно рассчитать оптическую систему, в которой один из компонентов имеет два фиксированных положения на оптической оси, при этом система имеет два требуемых увеличения и одинаковые положения плоскостей предмета и изображения при двух увеличениях. Это можно обеспечить тогда, когда объектив телескопа содержит первый линзовый компонент, второй линзовый компонент, имеющий два фиксированных положения на оптической оси, и третий линзовый компонент 3. Наиболее близким по технической сущности является инфракрасный телескоп с двумя увеличениями, состоящий из объектива, имеющего расположенные по ходу лучей первый положительный линзовый компонент, выполненный из двух линз, второй отрицательный линзовый компонент для смены увеличения,имеющий два фиксированных положения на оптической оси, а также малую подвижку вдоль оптической оси в этих фиксированных положениях, третий положительный линзовый компонент, выполненный из трех линз, четвертый линзовый компонент в виде отрицательной линзы, и окуляра, выполненного из трех линз 4. При этом телескоп имеет в общей сложности девять линз, что обуславливает усложненную конструкцию и вес. Телескоп при этом также имеет высокую стоимость. Использование для атермализации только подвижки компонента для смены увеличения или одного из неподвижных компонентов объектива неэффективно, а дополнительная подвижка первого положительного линзового компонента трудно осуществима из-за больших габаритов первого положительного линзового компонента. Задачей изобретения является повышение качества изображения и уменьшение числа линз телескопа. Сущность изобретения состоит в том, что в инфракрасном телескопе с двумя увеличениями, содержащем объектив, включающий расположенные по ходу лучей первый положительный линзовый компонент, второй отрицательный линзовый компонент для смены увеличения, имеющий два фиксированных положения на оптической оси, а также малую подвижку вдоль оптической оси в этих фиксированных положениях, третий положительный линзовый компонент, четвертый отрицательный линзовый компонент, и окуляр, в отличие от прототипа, первый положительный линзовый компонент выполнен в виде положительной асферической линзы с дифракционным оптическим элементом, третий положительный линзовый компонент выполнен в виде положительной линзы, первая поверхность которой выполнена асферической, третий и/или четвертый линзовый компонент имеют подвижку вдоль оптической оси, при этом радиус кривизны первой поверхности третьего линзового компонента 5 и радиус кривизны второй поверхности третьего линзового компонента 6 связаны соотношением 5/60,5,радиус кривизны второй поверхности четвертого линзового компонента 8 и радиус кривизны первой поверхности первого линзового компонента 1 связаны соотношением 8/10,2,а окуляр выполнен в виде положительной асферической линзы. Положительная асферическая линза первого линзового компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой стороной к изображению. Дифракционный элемент выполнен в виде киноформа. Положительная асферическая линза окуляра выполнена двояковыпуклой. Между четвертым линзовым компонентом объектива и окуляром установлена диафрагма. Первый положительный линзовый компонент должен иметь хорошую коррекцию сферической аберрации и хроматизма положения, так как расположен вблизи входного зрачка. Для коррекции сферической аберрации первый компонент выполняется в виде положительной асферической линзы, которая, в частности, может иметь форму мениска, обращенного вогнутой стороной к изображению. Для систем, работающих в области спектра 8-12 мкм, в качестве основного оптического материала применяют германий, который имеет наилучшее сочетание характеристик. Однако для ахроматизации систем в данном спектральном диапазоне требуется использовать еще один материал с дисперсией, отличающейся от дисперсии германия, например селенид цинка, сульфид цинка или стекло типа ИКС. Дополнительная линза 2 3889 1 из другого материала увеличивает сложность, вес и стоимость системы. В предлагаемом телескопе для ахроматизации в данном спектральном диапазоне используется дифракционный оптический элемент (ДОЭ). Дифракционный оптический элемент имеет дисперсию, очень сильно отличающуюся от дисперсии рефракционных оптических элементов. Это позволяет иметь маленькую оптическую силу ДОЭ и использовать его в виде коррекционного элемента. В оптических системах ДОЭ выполняется в виде киноформа. Причем киноформ может быть сформирован на поверхности линзы. В предлагаемом телескопе киноформ сформирован на поверхности первого компонента. Третий положительный линзовый компонент служит для переноса изображения, сформированного первым положительным линзовым компонентом и вторым отрицательным линзовым компонентом для смены увеличения в плоскость предметов окуляра. Для коррекции аберраций широких наклонных пучков третий положительный линзовый компонент выполняется в виде положительной линзы, первая поверхность которой асферическая, при этом радиус кривизны первой поверхности третьего линзового компонента 5 и радиус кривизны второй поверхности третьего линзового компонента 6 связаны соотношением 5/60,5. Четвертый отрицательный линзовый компонент служит для коррекции кривизны поля, астигматизма и контроля положения входного зрачка. Для ИК - систем параметром качества изображения является допустимая величина эффекта Нарцисса. В данной системе наиболее влияющим на эффект Нарцисса параметром является второй радиус четвертого компонента. Для устранения эффекта Нарцисса радиус кривизны второй поверхности четвертого линзового компонента 8 и радиус кривизны первой поверхности первого линзового компонента 1 связаны соотношением 8/10,2. В качестве окуляра используется положительная асферическая линза. Для компенсации аберраций в зрачке линза окуляра выполнена двояковыпуклой. Так как телескоп должен работать в широком диапазоне температур, необходимо компенсировать терморасстраиваемость телескопа, обусловленную сильной зависимостью показателя преломления германия от температуры. При этом необходимо компенсировать ухудшение качества изображения и поддерживать телескопичность. Выполнить такую компенсацию возможно малой подвижкой по сравнению с подвижкой для смены увеличения второго отрицательного линзового компонента и соответствующей подвижкой третьего и/или четвертого линзового компонента. Эти компоненты имеют малые габариты и вес по сравнению с первым компонентом, поэтому механизмы перемещения получаются компактными. При этом подвижкой второго отрицательного линзового компонента восстанавливается требуемое увеличение, а подвижкой третьего и/или четвертого линзового компонента восстанавливается телескопичность. Для фокусировки на конечную дистанцию можно использовать подвижку третьего или четвертого линзового компонента. В области 8-12 мкм оптические системы работают по собственному излучению объектов, поэтому требуется защита от паразитного излучения, которое может существенно ухудшить качество изображения. Для исключения паразитных засветок между четвертым линзовым компонентом объектива и окуляром устанавливается диафрагма. Такое исполнение телескопа позволяет получить систему со следующими характеристикамипов. Радиусы Толщины Световые высоты Материал 0 Воздух 1 1 89,13 1 9,834 55,5-1,68-10 1,0-12 Данные дифракционной поверхностипов. 1 Порядок дифракции 3889 1 Толщины 2107,616 и 42,0 обеспечивают увеличение 9,2 х и поле зрения 4, а 293,4 и 416,2 обеспечивают увеличение 4,6 х и поле зрения 8. Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена оптическая система телескопа, в которой второй линзовый компонент установлен для обеспечения большого увеличения. На фиг. 2 представлена оптическая система телескопа, в которой второй линзовый компонент установлен для обеспечения малого увеличения. На фиг. 3, 4 представлены графики остаточных аберраций телескопа для двух увеличений 9,2 х и 4,6 х. На фиг. 5, 6 представлены графики модуляционной передаточной функции (МПФ) для увеличений 9,2 х и 4,6 х. Телескоп с двумя увеличениями (фиг. 1, 2), состоящий из объектива, включающего расположенные по ходу лучей первый положительный линзовый компонент 1, выполненный в виде положительной асферической линзы с дифракционным оптическим элементом, второй отрицательный линзовый компонент 2 для смены увеличения, выполненный в виде отрицательной линзы, имеющий два фиксированных положения на оптической оси, а также малую подвижку вдоль оптической оси в этих фиксированных положениях, третий положительный линзовый компонент 3, выполненный в виде положительной линзы, первая поверхность которой выполнена асферической, четвертый линзовый компонент 4 в виде отрицательной линзы, причем третий и/или четвертый линзовые компоненты имеют подвижку вдоль оптической оси для компенсации температуры и фокусировки, диафрагмы 5 и окуляра 6, выполненного в виде положительной асферической линзы. Для лучшей коррекции аберраций в широких пучках первый линзовый компонент 1 выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой стороной к изображению. Для ахроматизации в данном спектральном диапазоне используется дифракционный элемент, выполненный в виде киноформа, сформированного на вогнутой стороне первого линзового компонента и представляет собой набор кольцевых зон. При этом высота профиля и ширина зоны пропорциональна основной длине волны. В области 8-12 мкм удается сформировать киноформ с непрерывным профилем внутри зоны, имеющий 100 дифракционную эффективность на основной длине волны. Для оптимальной балансировки аберраций при двух увеличениях второй отрицательный линзовый компонент 2 выполнен в виде двояковогнутой линзы. Для коррекции аберраций широких наклонных пучков радиус кривизны первой поверхности третьего линзового компонента 5 и радиус кривизны второй поверхности третьего линзового компонента 6 связаны соотношением 5/60,5. Для коррекции астигматизма и кривизны поля четвертый линзовый компонент 4 выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой стороной к изображению. Для устранения влияния эффекта Нарцисса радиус кривизны второй поверхности четвертого линзового компонента 8 и радиус кривизны первой поверхности первого линзового компонента 1 связаны соотношением 8/10,2. Четвертый линзовый компонент 4 имеет такую оптическую силу, что входной зрачок при большом увеличении расположен вблизи первого линзового компонента 1, при этом диаметр первого линзового компонента минимальный. Телескоп в данном случае имеет минимальные поперечные размеры. Для исключения паразитных засветок между четвертым линзовым компонентом 4 объектива и окуляром 6 устанавливается диафрагма 5. Форма и размеры диафрагмы 5 выбираются в соответствии с формой и размером кадра в плоскости фотоприемника. Для коррекции аберраций в зрачках и дисторсии асферическая линза окуляра 6 выполнена в виде двояковыпуклой линзы. Уравнение асферических поверхностей линз имеет вид 142 6, где 2 х 2 у 2,- квадрат эксцентриситета,- коэффициенты высшего порядка. Телескоп используется следующим образом. В первом положении второй отрицательный линзовый компонент 2 для смены увеличения обеспечивает увеличение телескопа 9,2 х. При переключении второго отрицательного линзового компонента 2 для смены увеличения во второе положение обеспечивается увеличение 4,6 х. При изменении температуры второй отрицательный линзовый компонент 2 для смены увеличения, а также третий 3 и/или четвертый линзовый компонент 4 устанавливаются в предварительно рассчитанные положения для компенсации температурных искажений. Фокусировка телескопа на конечную дистанцию осуществляется перемещением третьего или четвертого линзового компонента в требуемое положение. Телескоп имеет малые остаточные аберрации и высокие значения модуляционной передаточной функции(фиг. 3-6). Дисторсия составляет менее 2 . Величина эффекта Нарцисса не превышает 0,4 С. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5