Двухлинзовый объектив
Владельцы патента RU 2316795:
Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" (RU)
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, как в визуальных, так и в ИК-системах. Объектив состоит из первой линзы, выполненной в виде двояковыпуклой, и второй линзы, выполненной в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Линзы выполнены из оптического стекла, прозрачного в видимой и ближней ИК-области спектра. Радиусы двояковыпуклой линзы равны по абсолютной величине. Отношение первого по ходу лучей радиуса менисковой линзы ко второму ее радиусу менее 0,8. Имеют место соотношения: 1,46<n1<1,63, 1,66<n2<1,78, где n1 и n2 - показатели преломления материала первой и второй линз по ходу лучей. Линзы могут быть одиночными или склеенными. Технический результат - упрощение конструкции и повышение технологичности при увеличенном фокусном расстоянии и высоком качестве изображения. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, например в визуальных и в ИК-системах.
Известен двухлинзовый склеенный объектив ("Прикладная оптика". И.А.Турыгин, Москва, "Машиностроение", 1966 г., стр.423). Он состоит по ходу луча из склеенных двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Объектив имеет небольшое фокусное расстояние 100 мм и недостаточную технологичность, т.к. требуется применение разных пробных стекол и разного обрабатывающего инструмента для каждой оптической поверхности.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является двухлинзовый объектив - ахромат (Заявка Франции №2025476, кл. G02B 13/00, 5/00, публ. 1970 г.), работающий в ИК-диапазоне от 8 до 14 мкм, состоящий из отдельных двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Линзы объектива выполнены из материалов CsBr и ZnS с показателями преломления 1,66251 и 2,1986. Кроме того, отношение первого радиуса по ходу лучей второй линзы к ее второму радиусу равно 0,858. У данного объектива фокусное расстояние - 100 мм, и он имеет недостаточную технологичность, т.к. требуется применение разных пробных стекол и разного обрабатывающего инструмента для каждой оптической поверхности.
Задачей заявляемого изобретения является создание технологичного двухлинзового объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат - упрощение конструкции и повышение технологичности при увеличенном фокусном расстоянии и высоком качестве изображения.
Это достигается тем, что в двухлинзовом объективе, состоящем из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, в отличие от известного, обе линзы выполнены из оптического стекла, прозрачного в видимой и ближней ИК-области спектра, радиусы двояковыпуклой линзы равны по абсолютной величине, отношение первого по ходу лучей радиуса менисковой линзы ко второму ее радиусу менее 0,8, и имеют место соотношения:
1,46<n1<1,63;
1,66<n2<1,78;
где n1 - показатель преломления материала первой линзы по ходу лучей;
n2 - показатель преломления материала второй линзы по ходу лучей.
Кроме того, в двухлинзовом объективе линзы могут быть выполнены склеенными.
На фиг.1 представлена оптическая схема предложенного объектива со склеенными линзами, а на фиг.2 - с одиночными.
Двухлинзовый объектив (фиг.1 и фиг.2) состоит из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы 1 и отрицательного мениска 2, обращенного выпуклостью к изображению. Линзы 1 и 2, выполненные из оптического стекла, прозрачного в видимой и ближней ИК-области спектра, могут быть одиночными (фиг.1) и склеенными (фиг.2). Радиусы двояковыпуклой линзы 1 равны по абсолютной величине, а отношение первого по ходу лучей радиуса менисковой линзы 2 ко второму ее радиусу менее 0,8.
Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).
В соответствии с предложенным решением рассчитано два двухлинзовых объектива.
Первый объектив выполнен из одиночных линз и исправлен для λ=1060 нм и для λ=656,28 нм. Объектив может работать в качестве коллиматора. Объектив работает в видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра.
Конструктивные параметры первого объектива приведены в табл.1.
Входной зрачок совпадает с первой оптической поверхностью, но может быть и в другом месте.
Характеристики рассчитанного первого объектива:
| фокусное расстояние | 150,75 мм |
| относительное отверстие | 1:4,7 |
| угол поля зрения | 2 град. 8 мин. |
Объектив имеет следующие аберрации для λ=1060 нм:
| поперечная сферическая аберрация | |
| для точки на оси | не более 0,0005 мм |
| поперечная аберрация широкого наклонного | |
| пучка в меридиональном сечении для поля | |
| зрения 2W=2 град. 8 мин | не более 0,0275 мм |
| поперечная аберрация широкого наклонного | |
| пучка в сагиттальном сечении для поля | |
| зрения 2W=2 град. 8 мин | не более 0,0057 мм |
| меридиональный астигматический | |
| отрезок Хм | не более 0,109 мм |
| сагиттальный астигматический отрезок Xs | не более 0,048 мм |
| дисторсия | не более 0,0009% |
В предлагаемом изобретении:
R1=|R2|=75,505;
n1=1,615192;
n2=1,761712;
где R1 - радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы;
R2 - радиус второй по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы;
n1 - показатель преломления материала первой линзы;
n2 - показатель преломления материала второй линзы.
Кроме того, отношение первого радиуса по ходу лучей менисковой линзы к ее второму по ходу лучей радиусу равно 0,065.
Второй объектив выполнен склеенным, исправлен в спектральном диапазоне от 480 нм до 660 нм и тоже может работать в качестве коллиматора. Объектив работает в видимом диапазоне спектра.
Конструктивные параметры второго объектива приведены в табл.2.
Входной зрачок находится на расстоянии 60 мм перед первой оптической поверхностью второго объектива, но может находиться и в другом месте.
Характеристики рассчитанного второго объектива:
| фокусное расстояние | 399,55 мм |
| относительное отверстие | 1:6,9 |
| угол поля зрения | 12 град. |
Объектив имеет следующие аберрации для λ=546 нм:
| поперечная сферическая аберрация | |
| для точки на оси | не более 0,012 мм |
| поперечная аберрация широкого наклонного | |
| пучка в меридиональном сечении для поля | |
| зрения 2W=12 град. | не более 0,095 мм |
| поперечная аберрация широкого наклонного | |
| пучка в сагиттальном сечении для поля | |
| зрения 2W=12 град. | не более 0,03 мм |
| меридиональный астигматический | |
| отрезок Хм | не более 9,48 мм |
| сагиттальный астигматический | |
| отрезок Xs | не более 4,24 мм |
| дисторсия | не более 0,3% |
В предлагаемом изобретении:
R1=|R2|=193,634;
n1=1,518294;
n2=1,677617;
где R1 - радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы;
R2 - радиус второй по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы;
n1 - показатель преломления материала первой линзы;
n2 - показатель преломления материала второй линзы.
Кроме того, отношение первого радиуса по ходу лучей менисковой линзы к ее второму по ходу лучей радиусу равно 0,186.
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан двухлинзовый объектив с повышенной технологичностью при высоком качестве изображения с увеличенным фокусным расстоянием и при простой конструкции.
1. Двухлинзовый объектив, состоящий из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, отличающийся тем, что обе линзы выполнены из оптического стекла, прозрачного в видимой и ближней ИК-области спектра, радиусы двояковыпуклой линзы равны по абсолютной величине, отношение первого по ходу лучей радиуса менисковой линзы ко второму ее радиусу менее 0,8 и имеют место соотношения
1,46<n1<1,63,
1,66<n2<1,78,
где n1 - показатель преломления материала первой линзы по ходу лучей;
n2 - показатель преломления материала второй линзы по ходу лучей.
2. Двухлинзовый объектив по п.1, отличающийся тем, что линзы выполнены склеенными.
