Объектив

Авторы патента:

Шарова Татьяна Георгиева (BY)

Кунделева Наталия Ефимовна (BY)

Шифферс Герман Викторович (BY)

G02B9/34 - с четырьмя линзами

Владельцы патента RU 2451312:

Открытое акционерное общество "Пеленг" (BY)

Изобретение может использоваться как объектив видеокамеры с ПЗС-матрицей. Объектив содержит два компонента и расположенную между ними апертурную диафрагму. Первый компонент содержит двояковыпуклую и отрицательную линзы и дополнен положительным мениском, обращенным вогнутой поверхностью к пространству изображений и расположенным после его отрицательной линзы. Второй компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и имеющий толщину по оптической оси не менее 0,07 фокусного расстояния объектива. Положительная линза первого компонента выполнена из стекла с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80. Расстояние между компонентами составляет не менее 0,13 фокусного расстояния объектива. Технический результат - повышение качества изображения в спектральном диапазоне λ=620…850 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения и сохранение небольшой длины объектива, считая от первой поверхности объектива до плоскости изображения, не превышающей 1,01 фокусного расстояния объектива. 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице.

Известен объектив [1] из трех компонентов, первый из которых - положительный мениск, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент - отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент - двояковыпуклая линза, склеенная из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска. Данная конструкция объектива имеет фокусное расстояние f''=220 мм, относительное отверстие 1:2.4. Однако недостатком аналога является невысокое значение коэффициентов передачи модуляции (Т) для всего поля зрения: не более 0,3 на частоте N=60 мм^-1, что не позволяет получить на ПЗС-матрице изображение объектов малого контраста, а также большая длина объектива, которая составляет 1,37 f'.

Наиболее близкими к предлагаемому объективу являются объективы типа «Таир» [2], состоящие из двух компонентов. Первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы и отрицательной линзы, второй компонент - мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и имеющий большую толщину.

Данная конструкция объектива обеспечивает относительное отверстие 1:3 при фокусном расстоянии объектива до 300 мм. Однако недостатком прототипа является невысокое значение коэффициентов передачи модуляции (Т), не превышающих 0,5 для точки на оси и 0,2 для края поля зрения.

Задачей изобретения является повышение качества изображения в спектральном диапазоне λ=620…850 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения и сохранение небольшой длины объектива, считая от первой поверхности объектива до плоскости изображения, не превышающей 1,01 фокусного расстояния объектива.

Объектив содержит два компонента, расположенных на оптической оси, первый компонент состоит из двояковыпуклой и отрицательной линз, второй компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, в отличие от прототипа содержит апертурную диафрагму, расположенную между компонентами, первый компонент дополнен положительным мениском, обращенным вогнутой поверхностью к пространству изображений и расположенным после его отрицательной линзы, мениск второго компонента склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и имеет толщину по оптической оси не менее 0,07 фокусного расстояния объектива, положительная линза первого компонента выполнена из стекла с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80, причем расстояние между компонентами составляет не менее 0,13 фокусного расстояния объектива.

Конструкция первого компонента, содержащего положительную линзу, имеющую показатель преломления стекла не более 1,5, число Аббе не менее 80 и обладающую особым ходом дисперсии, обеспечивает исправление вторичного спектра до 0,04 мм в спектральном диапазоне 620…850 нм, что позволяет получить хорошее исправление хроматических аберраций.

Введение в первый компонент положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и расположенного после его отрицательной линзы, позволило исправить сферохроматические аберрации до величин, не превышающих 0,006 мм, что обеспечило высокие значения коэффициента передачи модуляции для точки на оси.

Выполнение отрицательного мениска второго компонента в виде склейки из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, имеющего толщину не менее 0,07 фокусного расстояния объектива, позволило исправить кривизну до величины 0,02 мм и астигматизм до величины 0,013 мм для угла поля зрения 2W=2°.

Выбор расстояния между введенным положительным мениском и вторым компонентом не менее 0,13 фокусного расстояния объектива обеспечил небольшую длину от первой поверхности объектива до плоскости изображения, не превышающую 1,01 фокусного расстояния объектива при высоком качестве изображения по всему полю зрения.

Расположение апертурной диафрагмы между компонентами позволяет регулировать относительное отверстие объектива.

Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне:

λ=(620…850) нм, имеет фокусное расстояние 300 мм, относительное отверстие 1:3. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=60 мм^-1 в точке на оси (y'=0) не менее 0,8, на краю поля зрения 2W=2° не менее 0,7.

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.

На фиг.2 приведены конструктивные параметра линз объектива и характеристики стекол, где R - радиусы кривизны поверхностей линз, D - расстояния между поверхностями линз, n_e- показатель преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), ν_e- число Аббе для линии е.

На фиг.3 приведены графики поперечной сферической аберрации объектива.

На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=2°.

На фиг.5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.

На фиг.6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=3°.

Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже.

Таблица
λ, мкм	620	670	700	750	850
С	0,14	1.0	0,8	0,48	0,1

Объектив (фиг.1) состоит из двух компонентов и двух светофильтров. Первый компонент содержит двояковыпуклую линзу 1, изготовленную из стекла N-PK52A фирмы SCHOTT с показателем преломления n_e=1,4985 и числом Аббе ν_e=81,21, двояковогнутую линзу 2 и положительный мениск 3, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, склеенного из двояковыпуклой линзы 4 и двояковогнутой линзы 5, толщина мениска по оси равна 23 мм, что составляет 0,076 фокусного расстояния объектива. Расстояние между компонентами равно 40,6 мм, что составляет 0,135 фокусного расстояния объектива. Объектив рассчитан со светофильтрами 7, 8, имеющими суммарную толщину 4 мм.

Графики аберраций, приведенные на фиг.3 и 4, а также графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг.5 и 6, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения, что позволяет получить изображение объектов с малым контрастом (К=0.1).

В предлагаемом объективе выбор конструкции первого компонента, содержащего первую двояковыпуклую линзу с показателем преломления стекла не более 1,5 и числом Аббе не менее 80, двояковогнутую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второго компонента, содержащего отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и имеющего толщину не менее 0,7 фокусного расстояния объектива и расстояния между компонентами не менее 0,13 фокусного расстояния, позволил получить высокие значения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения в спектральном диапазоне 620…850 нм и длину объектива от первой поверхности до плоскости изображения 301,4 мм, что составляет 1,004 фокусного расстояния объектива.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=2° попадает на первую поверхность первого компонента объектива, и, преломившись через поверхности пяти линз и светофильтров, фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.

Источники информации

1. Патент RU №2190245 С1, публикация 2002 г, МКП G02B 9/26, G02B 11/14.

2. Волосов Д.С., «Фотографическая оптика», М., Искусство, 1971 г., с.419-422 - прототип.

Объектив, содержащий два компонента, расположенных на оптической оси, первый компонент которого состоит из двояковыпуклой и отрицательной линз, второй компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, отличающийся тем, что содержит апертурную диафрагму, расположенную между компонентами, первый компонент дополнен положительным мениском, обращенным вогнутой поверхностью к пространству изображений и расположенным после его отрицательной линзы, мениск второго компонента склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и имеет толщину по оптической оси не менее 0,07 фокусного расстояния объектива, положительная линза первого компонента выполнена из стекла с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80, причем расстояние между компонентами составляет не менее 0,13 фокусного расстояния объектива.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в тепловизионных приборах, приемники которых чувствительны в инфракрасной (ИК) области спектра, в частности в диапазоне спектра =8-14 мкм.

Четырехлинзовый объектив // 2412455

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, например в визуальных и в ИК-системах. .

Светосильный объектив // 2411556

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться в качестве объектива в цифровых наблюдательных приборах с формированием изображения на ПЗС-матрице, в том числе в современных приборах ночного видения, фото- и видеокамерах, проекционных приборах.

Светосильный объектив для тепловизора // 2403598

Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком // 2399072

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к объективам, работающим с ПЗС-приемниками, и может быть использовано для получения информации от внешних объектов.

Объектив // 2386988

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице. .

Светосильный объектив // 2386155

Объектив для ближней ик-области спектра // 2384870

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

Объектив с инвариантной мпф // 2367986

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.

Объектив для ик-области спектра // 2365952

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 эндоскопа // 2464599

Светосильный объектив ик-области // 2506616

Объектив может быть использован для работы в ИК-диапазоне длин волн в тепловизионных приборах. Объектив содержит четыре компонента: первый - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - одиночный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, третий - одиночный мениск, четвертый - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Первый и четвертый компоненты выполнены из германия, второй и третий компоненты - из селенида цинка. Второй компонент выполнен положительным, третий - в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению. Фокусные расстояния компонентов удовлетворяют следующим условиям: F1/F0=1,2±1,5; F0/F2=0÷0,05; |F3|/F0=1,6÷1,9; F4/F0=0,4÷0,6; где F1, F2, F3, F4, F0 - фокусные расстояния первого, второго, третьего, четвертого компонентов и объектива соответственно. Технический результат - повышение качества изображения объектива при большом относительном отверстии и поле зрения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Объектив эндоскопа // 2529055

Объектив выполнен из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой. Первый компонент с оптической силой φI содержит мениск с оптической силой φI,1, обращенный вогнутой стороной к изображению. Второй компонент с оптической силой φII содержит плосковыпуклую линзу с оптической силой φII,1 и склеенную линзу с оптической силой φII,2. В первый компонент перед апертурной диафрагмой введена плосковыпуклая линза с оптической силой φI,2, а плосковыпуклая линза второго компонента выполнена склеенной. Оптические силы линз и компонентов удовлетворяют следующим условиям: 0.25<|φI/φ|<0.35, 0.48<φII/φ<0.58, 0.3<φI,2/φ<0.4, 0.5<φII,1/φ<0.6, 0.05<φII,2/φ<0.15, где φ оптическая сила объектива в целом. Технический результат - обеспечение хорошего качества изображения во всем интервале изменений рабочего отрезка S=3÷100 мм, уменьшение угла наклона главного луча до значений, меньших ω'=17°, и повышение относительной освещенности на краю поля изображения до 60%. 1 ил., 1 пр.

Объектив // 2532560

Изобретение может быть использовано в качестве объектива телевизионной камеры с ПЗС-матрицей и фотоприемника дальномера. Объектив содержит по ходу луча первый компонент в виде положительной склеенной линзы из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент в виде положительного мениска, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий компонент в виде мениска, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, спектроделительный блок, разделяющий длину волны лазерного излучения и спектральный диапазон чувствительности ПЗС-матрицы, с которым оптически связан четвертый компонент, выполненный в виде отрицательной линзы. Введен пятый компонент, выполненный в виде положительной линзы, установленной после четвертого компонента. Шестой и седьмой компоненты выполнены в виде положительных менисков, оптически связаны с гранью спектроделительного блока, выделяющей длину волны лазерного излучения, и обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображения. При этом соблюдаются соотношения, указанные в формуле изобретения. Технический результат - обеспечение фокусировки изображения объектов, расположенных на малой дистанции, в плоскости изображения, связанной с гранью спектроделительного блока, выделяющей спектральный диапазон чувствительности ПЗС-матрицы, при сохранении качества изображения. 6 з.п. ф-лы, 18 ил., 12 табл.

Объектив с вынесенным входным зрачком // 2574332

Объектив может быть использован в телескопических системах, в микроскопах и других оптических приборах, в том числе в ИК-системах. Объектив с вынесенным входным зрачком состоит из трех компонентов. Первый - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению. Второй склеен из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Третий компонент состоит по ходу лучей из двояковыпуклой и двояковогнутой одиночных линз. Радиус седьмой оптической поверхности по ходу лучей по модулю больше радиуса восьмой оптической поверхности. Радиус второй оптической поверхности по ходу лучей может быть равен по модулю радиусу четвертой оптической поверхности. Технический результат - повышение качества изображения и увеличение заднего фокального отрезка. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Атермализованный светосильный объектив ик-диапазона // 2583338

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах. Объектив содержит четыре одиночных мениска, обращенных вогнутостью к изображению. Первый мениск - положительный, второй - положительный, выполненный из материала с отрицательным температурным коэффициентом показателя преломления, третий - отрицательный, выполненный из материала с положительным температурным коэффициентом показателя преломления и малым значением показателя дисперсии, четвертый - положительный. Между фокусными расстояниями линз выполняются соотношения: F1/F0=1,7÷2,2; F0/F2=0,15÷0,55; |F3|/F0=1,6÷3,0; F4/F0=0,6÷1,0; где F1, F2, F3, F4, F0 - фокусные расстояния первого, второго, третьего, четвертого компонентов и объектива соответственно. Технический результат - повышение качества изображения объектива в широком диапазоне температур при большом относительном отверстии и угле поля зрения. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Объектив для ик-области спектра // 2586394

Объектив может быть использован в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит четыре мениска, из которых первый, второй и четвертый по ходу луча мениски - положительные, третий - отрицательный. Все мениски обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображений. Первый и четвертый мениски выполнены из германия, а второй и третий - из селенида цинка. Третий мениск выполнен подвижным вдоль оптической оси. Выполняются следующие соотношения: φ1:φ2:φ3:φ4=(0,75÷0,83):(0,3÷0,64):-(0,69÷1,5):(1,30÷1,77), где φ1, φ2, φ3, φ4 - относительные оптические силы соответственно первого, второго, третьего и четвертого менисков; D2/f′=0,18÷0,42; D6/f=0,34÷0,60, где D2 - воздушный промежуток между первым и вторым менисками, f′ - эквивалентное фокусное расстояние объектива; D6 - воздушный промежуток между третьим и четвертым менисками. Технический результат - повышение относительного отверстия объектива при сохранении высокого контраста изображения и обеспечение неизменности фокусного расстояния в диапазоне температур от -40°C до +50°C. 3 ил., 1 табл.

Телеобъектив для ик-области спектра // 2594955

Изобретение может быть использовано в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Телеобъектив содержит четыре мениска, из которых первый, второй и четвертый по ходу луча мениски - положительные, а третий - отрицательный. Все мениски обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображений. Первый мениск выполнен из германия, а остальные - из селенида цинка. Третий мениск выполнен подвижным вдоль оптической оси. Выполняются следующие соотношения: φ1:φ2:φ3:φ4=(1,15÷1,27):(0,9÷1,15):-(2,8÷3,8):(1,5÷2,7), где φ1, φ2, φ3, φ4 - относительные оптические силы соответственно первого, второго, третьего и четвертого менисков; D2/f′=0,15÷0,35; D6/f′=0,25÷0,45, где D2 - воздушный промежуток между первым и вторым менисками, f' - эквивалентное фокусное расстояние объектива; D6 - воздушный промежуток между третьим и четвертым менисками. Технический результат - уменьшение длины и массы телеобъектива при сохранении высокого контраста изображения и обеспечение неизменности фокусного расстояния в диапазоне температур от -40°С до +50°С. 3 ил., 2 табл.

Атермализованный объектив для ик-области спектра // 2594957

Изобретение относится к области ИК-оптики и может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, не требующими охлаждения до криогенных температур, чувствительных в спектральном диапазоне 8-12 мкм. Объектив содержит первый отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости изображений, выполненный из германия, второй положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости изображений, выполненный из бескислородного стекла ИКС-25, третий отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости изображений, выполненный из селенида цинка или сульфата цинка, и четвертый положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости изображений, выполненный из германия. На первую поверхность первого мениска нанесено алмазоподобное просветляющее покрытие. Выполняются соотношения: φ1:φ2:φ3:φ4=-(0,11÷0,23):(1,44÷1,70):-(0,68÷0,92):(1,04÷1,21), где φ1, φ2, φ3, φ4 - относительные оптические силы соответственно первого, второго, третьего и четвертого менисков. Технический результат - обеспечение стойкости объектива к воздействию внешних условий (температура, влажность), что позволяет использовать объектив без дополнительного защитного стекла. 3 ил., 3 табл.

Объектив для ик-области спектра // 2604112

Изобретение может быть использовано в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит четыре мениска, из которых первый, второй и четвертый по ходу луча мениски - положительные, а третий - отрицательный. Все мениски обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображений. Первый и четвертый мениски выполнены из германия, а второй и третий - из селенида цинка. Третий мениск выполнен подвижным вдоль оптической оси. Выполняются следующие соотношения: φ1:φ2:φ3:φ4=(0,70÷0,78):(0,18÷0,57):-(1,0÷1,78):(1,9÷2,5), где φ1, φ2, φ3, φ4 - относительные оптические силы соответственно первого, второго, третьего и четвертого менисков; D2/f′э=0,6÷0,7, где D2 - воздушный промежуток между первым и вторым менисками, f′э - эквивалентное фокусное расстояние объектива. Технический результат - повышение технологичности, качества изображения при расширенных допусках изготовления и сборки объектива, неизменность фокусного расстояния объектива при термокомпенсации объектива в диапазоне температур от минус 40°C до +50°C. 4 ил., 2 табл.