RU2112258C1

RU2112258C1 - Fast direct-imaging mirror-lens objective

Info

Publication number: RU2112258C1
Application number: RU97108336A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Медведев; Александр Васильевич Гринкевич
Original assignee: Александр Владимирович Медведев; Александр Васильевич Гринкевич
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 1998-05-27

Abstract

FIELD: optoelectronic engineering; small-size night-viewing devices. SUBSTANCE: objective has five components first one being positive lens, second and fourth ones, Mangene lenses; optical intensity of third and fifth components, air gaps, and focal lengths of lens are interrelated. EFFECT: provision for biplanar optoelectronic conversion with direct image transfer. 1 dwg , 1 tbl

Description

Изобретение относится к оптикоэлектронной технике и может быть использовано в качестве объектива к малогабаритным приборам ночного видения, использующим бипланарные электронно - оптические преобразователи (ЭОП) с прямым переносом изображения. The invention relates to optoelectronic technology and can be used as a lens for small night vision devices using biplanar electron - optical converters (EOP) with direct image transfer.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является двухзеркальная сферическая система Грегори с двухлинзовым компенсатором. Closest to the invention in technical essence is a two-mirror spherical Gregory system with a two-lens compensator.

Недостатками этого устройства являются малая светосила, малые поля зрения, большие величины аберраций, что не позволяет использовать пороговые характеристики ЭОПа при обеспечении качественного изображения. The disadvantages of this device are low aperture, small fields of view, large values of aberrations, which does not allow the use of threshold characteristics of the image intensifier while ensuring high-quality images.

Это обусловлено конструктивными особенностями данного объектива, большой кривизной поля при его малых значениях (до 2 мм при поле 2^o).This is due to the design features of this lens, the large curvature of the field at its small values (up to 2 mm with a field of 2 ^o ).

Цель изобретения - повышение светосилы объектива, увеличение поля зрения и улучшение качества изображения для работы с ЭОП. The purpose of the invention is to increase the lens aperture, increase the field of view and improve image quality for working with image intensifiers.

Цель достигается тем, что в светосильном зеркально-линзовом объективе прямого изображения, содержащем пять компонентов, первый компонент выполнен в виде положительной линзы, второй - в виде отрицательной линзы Манжена, третий - в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, четвертый компонент - в виде положительной линзы Манжена, а пятый - в виде положительной линзы с оптической силой, равной 2 - 3 оптической силы объектива, и расположен на расстоянии от плоскости изображения, равном (0,5 - 0,2) F, при этом оптическая сила третьего компонента равна 1,5 - 2,5 оптической силы объектива, а расстояние между вторым и третьим компонентами составляет (0,2 - 0,4) F, между третьим и четвертым компонентами - (0,1 - 0,3) F, где F - фокусное расстояние объектива. The goal is achieved in that in a fast mirror image lens containing five components, the first component is made in the form of a positive lens, the second in the form of a negative Mangin lens, the third in the form of a positive meniscus facing concavity to the object, and the fourth component in in the form of a positive Mangin lens, and the fifth - in the form of a positive lens with an optical power equal to 2 - 3 of the optical power of the lens, and is located at a distance from the image plane equal to (0.5 - 0.2) F, while the optical power t its component is equal to 1.5 - 2.5 of the optical power of the lens, and the distance between the second and third components is (0.2 - 0.4) F, between the third and fourth components is (0.1 - 0.3) F, where F is the focal length of the lens.

Конструктивное исполнение светосильного зеркально-линзового объектива прямого изображения показано на чертеже. Здесь содержатся первый компонент 1, второй компонент 2, третий компонент 3, четвертый компонент 4 и пятый компонент 5. The design of the aperture mirror-lens direct image lens is shown in the drawing. It contains the first component 1, the second component 2, the third component 3, the fourth component 4 and the fifth component 5.

Параметры варианта светосильного зеркально-линзового объектива прямого изображения приводятся в таблице. The parameters of the fast aperture specular-lens direct image lens are given in the table.

Параметры такого объектива следующие:
расчетная дина волны - 656 нм;
рабочий спектральный диапазон - (546 - 900) нм;
фокусное расстояние F = 62,85 мм;
геометрическое относительное отверстие 1:1,3;
эффективное относительное отверстие 1:1,5;
линейное поле зрения - 14 мм.The parameters of such a lens are as follows:
calculated wavelength - 656 nm;
working spectral range - (546 - 900) nm;
focal length F = 62.85 mm;
geometric relative aperture 1: 1.3;
effective relative aperture 1: 1.5;
linear field of view - 14 mm.

Принцип действия устройства заключается в следующем. The principle of operation of the device is as follows.

Первый компонент 1, выполненный в виде положительной линзы, в сочетании со вторым компонентом 2 в виде отрицательной линзы Манжена компенсирует хроматические аберрации в заданном спектральном диапазоне (Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. - Л.: Машиностроение (Ленинградское отделение), 1975, с. 355). Пятый компонент 5, в сочетании с центральной частью компонента 2 без зеркального покрытия, компенсируют астигматизм и кривизну поверхности изображения. Компонент 5 устанавливается на расстоянии от плоскости изображения, равном (0,5 - 0,2) F, и выполнен в виде положительной линзы с оптической силой, равной 2 - 3 оптической силы объектива, а расстояние между вторым и третьим компонентами составляет (0,2 - 0,4) F, между третьим и четвертым компонентами составляет (0,1 - 0,3) F. The first component 1, made in the form of a positive lens, in combination with the second component 2 in the form of a negative Manzhen lens, compensates for chromatic aberrations in a given spectral range (G. Slyusarev, Calculation of optical systems. - L .: Engineering (Leningrad branch), 1975, p. 355). The fifth component 5, in combination with the central part of component 2 without a mirror coating, compensates for astigmatism and curvature of the image surface. Component 5 is installed at a distance from the image plane equal to (0.5 - 0.2) F, and is made in the form of a positive lens with an optical power equal to 2 - 3 of the optical power of the lens, and the distance between the second and third components is (0, 2 - 0.4) F, between the third and fourth components is (0.1 - 0.3) F.

Промежуточное перевернутое изображение формируется компонентами 1, 2 и 3, расположено между третьим и четвертым компонентом; прямое изображение затем формируется компонентами 4, 3, центральной частью компонента 2 без зеркального покрытия и компонентом 5, компенсируя аберрации перевернутого изображения, при этом оптическая сила третьего компонента составляет 1,5 - 2,5 оптической силы объектива. An intermediate inverted image is formed by components 1, 2 and 3, located between the third and fourth components; a direct image is then formed by components 4, 3, the central part of component 2 without mirror coating and component 5, compensating for the aberration of the inverted image, while the optical power of the third component is 1.5 - 2.5 of the optical power of the lens.

Задаваясь критерием качества - величиной полихроматической частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) и учитывая:
толщину защитного стекла фотокатода ЭОП, равную 1,2 мм;
спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотокатода и светопропускания объектива - 0,8 на длине волны 546 нм, 1 на 656 нм и 0,2 на 900 нм;
пространственную частоту 20 линий/мм (рабочая разрешающая способность ЭОП), - получаем следующие расчетные значения (положение плоскости установки - на расстоянии, равном минус 0,01 мм от плоскости Гаусса):
Положение бесконечность:
точка на оси......ЧКХ = 32%
точка поля 4,2 мм от центра изображения.....ЧКХм = 17%
точка поля 7,2 мм от центра изображения.....ЧКХм = 8%
Как видно из расчетов, объектив обеспечивает приемлемое качество изображения для приборов ночного видения, использующих ЭОП, и сравним по показателям качества с системами, скомбинированными из классического объектива и оборачивающей системы, обладая меньшими габаритными и весовыми характеристиками, малым числом оптических деталей.Asked by the quality criterion - the magnitude of the polychromatic frequency-contrast characteristic (FMF) and given:
the thickness of the protective glass of the photocathode of the image intensifier tube equal to 1.2 mm;
spectral efficiency according to wavelengths taking into account the sensitivity of the photocathode and the lens transmittance - 0.8 at a wavelength of 546 nm, 1 at 656 nm and 0.2 at 900 nm;
spatial frequency of 20 lines / mm (working resolution of the image intensifier tube), - we obtain the following calculated values (position of the installation plane - at a distance equal to minus 0.01 mm from the Gauss plane):
Infinity position:
point on the axis ...... TCH = 32%
field point 4.2 mm from the center of the image ..... FKHm = 17%
field point 7.2 mm from the center of the image ..... FKHm = 8%
As can be seen from the calculations, the lens provides acceptable image quality for night vision devices using image intensifier tubes and is comparable in terms of quality with systems combined from a classical lens and a reversing system, having smaller overall and weight characteristics, a small number of optical parts.

Положительный эффект изобретения заключается в возможности миниатюризации размеров приборов ночного видения с бипланарным ЭОП с сохранением их качественных характеристик при разработке и изготовлении. The positive effect of the invention lies in the possibility of miniaturizing the size of night-vision devices with biplanar image intensifiers while maintaining their qualitative characteristics during development and manufacture.

Claims

A fast mirror image lens with a direct image containing five components, the first of which is a positive lens, the second is a negative Mangin lens, the third is a positive lens, the fourth is a positive Mangin lens and the fifth is a positive lens, characterized in that the third component is made in the form the meniscus facing concavity to the object, and its optical power is equal to 1.5 - 2.5 of the optical power of the lens, while the Central part of the second component is made without mirror coating, and the fifth component has an optical power equal to 2 - 3 of the optical power of the lens and is located at a distance from the image plane equal to (0.05 - 0.2) F, and the distance between the second and third components is (0.2 - 0.4) F, between the third and fourth components is (0.1 - 0.3) F, where F is the focal length of the lens.