Светосильный объектив

Объектив может быть использован для работы в дальнем ИК-диапазоне длин волн в тепловизионных приборах. Объектив содержит четыре линзы по ходу лучей: первая - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, третья - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, четвертая - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. У четвертой линзы радиус кривизны первой оптической поверхности по модулю меньше радиуса кривизны второй оптической поверхности. Первая и четвертая линзы выполнены из германия, вторая и третья - из оптического бескислородного инфракрасного стекла с показателем преломления для длины волны 10 мкм более 2,5 и менее 3,1. Между радиусами кривизны линз выполняются соотношения, приведенные в формуле изобретения. Технический результат - повышение технологичности и пропускания, увеличение фокусного расстояния и относительного отверстия при высоком качестве изображения. 1 ил., 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, работающим в дальнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизионных приборах.

Известен светосильный объектив [патент России №2183340; G02B 13/14, 9/34; опубл. 2002 г.], содержащий четыре линзы по ходу лучей, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению; вторая - вогнутоплоская линза, обращенная плоскостью к изображению; третья - плосковыпуклая линза, обращенная плоскостью к предмету, и четвертая - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Данный объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм. Объектив рассчитан для фокусного расстояния объектива - 51,14 мм, относительного отверстия - 1:1,65, угла поля зрения - 18 град., заднего фокального отрезка - 45,23 мм. Все линзы у него выполнены из германия с показателем преломления более 4.

Этот объектив близок по конструкции к заявляемому, однако имеет малые фокусное расстояние и относительное отверстие.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив [Россия, свидетельство на полезную модель №26664; G02B 13/14, 9/34, 9/56, 3/02, опубл. 2002 г.], содержащий четыре линзы, первая из которых (по ходу лучей) - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, третья и четвертая - положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету. Вторая, вогнутая поверхность первой линзы выполнена асферической, радиус кривизны первой оптической поверхности четвертой линзы по модулю меньше радиуса второй оптической поверхности четвертой линзы и имеют место соотношения:

|R5|<|R6|,

|R3|<|R6|,

d3≤0,01R5,

где R3, R5, R6 - радиусы кривизны третьей, пятой и шестой по ходу лучей оптических поверхностей;

d3 - толщина третьего компонента.

Кроме того, имеет место равенство:

R5/R6=0,1192.

Отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,00323.

Данный объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм и рассчитан для фокусного расстояние объектива - 62 мм, относительного отверстия - 1:2, угла поля зрения - 16 град, заднего фокального отрезка - 52,78 мм. Все линзы выполнены из германия с показателем преломления более 4.

Этот объектив близок по конструкции к заявляемому, однако имеет малое фокусное расстояние и относительное отверстие, а также недостаточную технологичность, так как содержит асферическую оптическую поверхность, изготовление которой более трудоемко, чем сферической. Кроме того, все радиусы по модулю - разные, что не позволяет производить унификацию эталонных пробных стекол. Все линзы данного объектива выполнены из германия, который имеет пониженное пропускание для длин волн более 10 мкм.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с улучшенными эксплуатационными характеристиками и повышенной технологичностью.

Технический результат - повышение технологичности и пропускания, увеличение фокусного расстояния и относительного отверстия при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из четырех одиночных линз по ходу лучей: первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск, третья - мениск и четвертая - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, при этом радиус кривизны первой оптической поверхности четвертой линзы по модулю меньше радиуса кривизны второй оптической поверхности четвертой линзы, кроме того, первая и четвертая линзы выполнены из германия, а вторая и третья линзы выполнены из одинакового материала, в отличие от известного вторая линза обращена вогнутостью к изображению, третья линза - отрицательная и обращена выпуклостью к изображению, причем все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, а вторая и третья линзы выполнены из оптического бескислородного инфракрасного стекла с показателем преломления для длины волны 10 мкм более 2,5 и менее 3,1 и имеют место условия:

|R5|=|R7|,

|R3|>|R6|,

0,8<R5/R6<0,97,

где R3, R5, R6, R7 - радиусы кривизны третьей, пятой, шестой и седьмой по ходу лучей оптических поверхностей.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива.

Светосильный объектив состоит из четырех линз по ходу лучей: первой линзы - одиночного положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к изображению, второй линзы - одиночного отрицательного мениска 2, обращенного вогнутостью к изображению, третьей линзы - одиночного отрицательного мениска 3, обращенного выпуклостью к изображению, и четвертой линзы - одиночного положительного мениска 4, обращенного выпуклостью к предмету. За мениском 4 может быть расположена плоскопараллельная пластина или пластины.

Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив.

Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).

В соответствии с предложенным решением рассчитан светосильный объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.

Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 1.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 130 мм
относительное отверстие 1:1,4
угол поля зрения 9 град.
задний фокальный отрезок 9,45 мм
задний фокальный отрезок без учета
защитного стекла 18,7 мм

апертурная диафрагма расположена за линзой 2 на расстоянии 36,8 мм.

Таблица 1
Радиусы, мм Толщины, мм Материал Показатель преломления для λ=10 мкм Световой диаметр, мм
R1=25,31 90
d1=6 Ge 4,0024
R2=176,2 88,2
d2=14 1
R3=552,1 80,92
d3=5,5 ИКС25 2,7675
R4=406,4 78,9
d4=102,54 1
R5=-35,48 31,72
d5=2,7 ИКС25 2,7675
R6=-37,84 33,1
d6=0,3 1
R7=35,48 30,8
d7=2,7 Ge 4,0024
R8=36,64 29
d8=9 1
R9=∞ 30
d9=1 Ge 4,0024
R10=∞ 30

В предлагаемом варианте изобретения имеют место равенства:

|R5|=|R7|=35,48

R5/R6=0,9376,

где R5, R6, R7 - радиусы кривизны пятой, шестой и седьмой по ходу лучей оптических поверхностей.

Кроме того, показатель преломления материала второй и третьей линз для длины волны 10 мкм равен 2,7675, а вторая и третья линзы выполнены из оптического бескислородного инфракрасного стекла марки ИКС25.

В табл.2 приведены аберрации для длины волны 10 мкм предложенного светосильного объектива.

Таблица 2
Вид аберрации Предложенный объектив (не более)
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:1,4 0,012 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=9 град. 0,006 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=9 град. 0,016 мм
Меридиональный астигматический отрезок Х'м для поля зрения 2W=9 град. 0,033 мм
Сагиттальный астигматический отрезок X's для поля зрения 2W=9 град. -0,029 мм
Дисторсия для поля зрения 2W=9 град. -0,018%

Предложенный объектив содержит только сферические оптические поверхности и у двух поверхностей равны по модулю радиусы кривизны сферических оптических поверхностей, что обеспечивает ему более высокую технологичность. Кроме того, предложенный объектив имеет фокусное расстояние 130 мм и высокое качество изображения, что следует из таблицы 2. В предложенном объективе второй и третий компоненты выполнены из оптического бескислородного инфракрасного стекла марки ИКС25, что обеспечивает большее пропускание.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив для спектрального диапазона от 8 до 12,5 мкм с повышенной технологичностью и пропусканием, увеличенным фокусным расстоянием и относительным отверстием при высоком качестве изображения.

Светосильный объектив, состоящий из четырех одиночных линз по ходу лучей: первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск, третья - мениск и четвертая - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, при этом радиус кривизны первой оптической поверхности четвертой линзы по модулю меньше радиуса кривизны второй оптической поверхности четвертой линзы, кроме того, первая и четвертая линзы выполнены из германия, а вторая и третья линзы выполнены из одинакового материала, отличающийся тем, что вторая линза обращена вогнутостью к изображению, третья линза - отрицательная и обращена выпуклостью к изображению, причем все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, а вторая и третья линзы выполнены из оптического бескислородного инфракрасного стекла с показателем преломления для длины волны 10 мкм более 2,5 и менее 3,1 и имеют место условия:
|R5|=|R7|,
|R3|>|R6|,
0,8<R5/R6<0,97,
где R3, R5, R6, R7 - радиусы кривизны третьей, пятой, шестой и седьмой по ходу лучей оптических поверхностей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в приборах ночного видения (ПНВ). .

Изобретение относится к области оптики, а более конкретно к конструкции объективов, предназначенных для использования в фотокамерах с целью получения цветных снимков с большой глубиной резко изображаемого пространства.

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано в тепловизорах с фотоприемными устройствами, выполненными в виде микроболометрической матрицы (МБМ) чувствительных элементов, которые не требуют охлаждения до криогенных температур.

Объектив // 2365951

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в приборах ночного видения с электронно-оптическими преобразователями (ЭОП), в частности с ЭОП нулевого поколения, имеющими катод сферической формы.

Изобретение относится к объективам, работающим в среднем и дальнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизионных приборах. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может быть использовано в тепловизионных приборах. .

Объектив // 2357274
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических приборах, в том числе в телекамерах, работающих с приемной матрицей.

Изобретение относится к объективам, работающим в дальнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизионных приборах. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам, работающим в инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, использующих для регистрации теплового изображения матричные приемники излучения, например микроболометры.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в приборах ночного видения (ПНВ). .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам для инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, например, таких, во входном зрачке которых установлены сканирующие элементы, а в выходном - охлаждаемая диафрагма фотоприемного устройства (ФПУ).

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в оптических системах приборов ночного видения (ПНВ) в качестве системы переноса изображения с экрана электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, более конкретно - к специальным оптическим системам, применяемым в оптико-электронных комплексах специального назначения.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам многоканальных систем, и может быть использовано при создании систем слежения и управления полетом излучающих объектов в видимой и инфракрасной области спектра.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к оптическому приборостроению, и может быть использовано при разработке и модернизации приборов ночного видения.

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано в тепловизорах с фотоприемными устройствами, выполненными в виде микроболометрической матрицы (МБМ) чувствительных элементов, которые не требуют охлаждения до криогенных температур.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в оптических системах тепловизионных приборов

Светосильный объектив

Наверх