Светосильный объектив

Авторы патента:

Щеглов Сергей Иванович (RU)

G02B9/38 - две линзы со знаком (-) в виде мениска

G02B13/14 - для инфракрасных или ультрафиолетовых лучей (G02B 13/16 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2586273:

Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" (RU)

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах. Объектив состоит из четырех одиночных менисков, обращенных вогнутостью к изображению. Первый мениск - положительный, второй и третий - отрицательные, четвертый - положительный. Первый, второй и четвертый мениски выполнены из германия, третий - из селенида цинка. Радиус второй оптической поверхности по ходу лучей по модулю может быть равен радиусу шестой оптической поверхности. Радиус третьей оптической поверхности по ходу лучей по модулю может быть равен радиусу пятой оптической поверхности. Технический результат - повышение качества изображения и уменьшение габаритов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

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

Известен светосильный объектив, описанный в патенте RU, №2386155; МПК G02B 9/34, 13/14, опубликованном в 2010 г., состоящий из четырех одиночных линз по ходу лучей: первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, третья - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению 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 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 оптических поверхностей по ходу лучей. Кроме того, в данном объективе отношение величины первого воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,108. Данный объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм.

Характеристики 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

Этот объектив близок по конструкции к заявляемому, однако имеет малое относительное отверстие 1:1,4.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является светосильный объектив ИК-области спектра, описанный в патенте RU, №2506616; МПК G02B 9/34, 11/22, 13/14, опубликованном в 2014 г., состоящий из четырех компонентов по ходу лучей: первого компонента - одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, второго компонента - одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, третьего компонента - одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, и четвертого компонента - одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, кроме того, первый и четвертый компоненты выполнены из германия, второй и третий компоненты - из селенида цинка, при этом фокусные расстояния компонентов удовлетворяют необходимым условиям, заявленным в патенте, и, кроме того, имеют место следующие условия

|R₃|=|R₈|

|R₄|=|R₅|

где R₃, R₄, R₅, R₈ - радиусы третьей, четвертой, пятой и восьмой оптических поверхностей соответственно.

Данный объектив может работать в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм.

Характеристики объектива:

фокусное расстояние	40 мм
относительное отверстие	1:0,84
угол поля зрения	12 град.
задний фокальный отрезок	6,7 мм

Этот объектив близок по конструкции к заявляемому, однако, пересчитанный на фокусное расстояние 130 мм при относительном отверстии 1:1,08 и при угловом поле зрения 2w=6 град имеет недостаточное качество изображения и большие габариты (так, например, продольные аберрации для точки на оси равны - 0,17 мм в плоскости Гаусса и - 0,072 мм в плоскости наилучшей установки, а расстояние от первой оптической поверхности до плоскости изображения составляет 223,58 мм).

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с улучшенными оптическими и техническими характеристиками.

Технический результат - повышение качества изображения и уменьшение габаритов.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из четырех, расположенных по ходу лучей, одиночных линз: первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - мениск, третья - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, и четвертая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом первая и четвертая линзы выполнены из германия, а третья линза - из селенида цинка, в отличие от известного, вторая линза представлена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, выполненного из германия.

Кроме того, могут быть выполнены следующие условия:

|R₂|=|R₆|.

|R₃|=|R₅|.

где R₂, R₃, R₅, R₆ - радиусы кривизны второй, третьей, пятой и шестой оптических поверхностей по ходу лучей.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива.

Светосильный объектив состоит по ходу лучей из четырех одиночных линз: первой линзы - положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к изображению, второй линзы - отрицательного мениска 2, обращенного вогнутостью к изображению, третьей линзы - отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к изображению и четвертой линзы - положительного мениска 4, обращенного вогнутостью к изображению. Линзы 1, 2 и 4 выполнены из германия, линза 3 - из селенида цинка. Радиус второй оптической поверхности по ходу лучей может быть равен по модулю радиусу шестой оптической поверхности по ходу лучей, а радиус третьей по ходу лучей оптической поверхности может быть равен радиусу пятой оптической поверхности по ходу лучей. За мениском 4 расположена плоскопараллельная пластина 5, которая может быть выполнена в виде защитного стекла перед приемником оптического излучения (не показан).

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 плоскопараллельную пластину 5 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).

В соответствии с предложенным решением рассчитаны два варианта конкретного исполнения светосильного объектива, исправленные в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.

Конструктивные параметры объектива по первому варианту исполнения приведены в таблице 1.

Характеристики рассчитанного объектива по первому варианту:

фокусное расстояние	130 мм
относительное отверстие	1:1,08
угол поля зрения	6 град
задний фокальный отрезок	0,93 мм
задний фокальный отрезок без учета защитного стекла	27,58 мм

Входной зрачок расположен на первой оптической поверхности.

Конструктивные параметры объектива по второму варианту исполнения приведены в таблице 2.

Характеристики рассчитанного объектива по второму варианту исполнения:

фокусное расстояние	130,03 мм
относительное отверстие	1:1,08
угол поля зрения	6 град
задний фокальный отрезок	0,844 мм
задний фокальный отрезок без учета защитного стекла	27,5 мм

Входной зрачок расположен на первой оптической поверхности.

В предлагаемом варианте изобретения имеют место равенства:

|R₂|=|R₆|=274,2;

|R₃|=|R₅|=381,9

В табл. 3 приведены аберрации в плоскости Гаусса для длины волны 10 мкм ближайшего аналога, пересчитанного на фокусное расстояние 130 мм и предложенного светосильного объектива по первому и второму вариантам исполнения.

Предложенный объектив по первому и второму вариантам исполнения имеет более высокое качество изображения, что следует из табл. 3, и уменьшенные габариты, т.к. у него расстояние от первой оптической поверхности до плоскости изображения для первого варианта исполнения равно 173,44 мм, а для второго варианта исполнения равно 173,53 мм.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив для спектрального диапазона от 8 до 12, 5 мкм с повышенным качеством изображения и уменьшенными габаритами.

1. Светосильный объектив, состоящий из четырех, расположенных по ходу лучей, одиночных линз: первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - мениск, третья - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, и четвертая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом первая и четвертая линзы выполнены из германия, а третья - из селенида цинка, отличающийся тем, что вторая линза представлена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, выполненного из германия.

2. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что радиус второй оптической поверхности по ходу лучей по модулю равен радиусу шестой оптической поверхности, расположенной по ходу лучей.

3. Светосильный объектив по п. 2, отличающийся тем, что радиус третьей оптической поверхности по ходу лучей по модулю равен радиусу пятой оптической поверхности, расположенной по ходу лучей.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, не требующими охлаждения до криогенных температур, чувствительных в спектральном диапазоне 8-12 мкм.

Светосильный объектив с угловым полем не менее 25 градусов для тепловизора (варианты) // 2477502

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам для инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в тепловизорах, построенных на основе матричных фотоприемных устройств (МФПУ), не требующих охлаждения до криогенных температур, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм.

Атермализованный светосильный объектив ик-диапазона // 2583338

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах. Объектив содержит четыре одиночных мениска, обращенных вогнутостью к изображению.

Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием // 2578661

Объектив содержит пять компонентов. Первый компонент содержит выпукло-вогнутый мениск из кремния и двояковогнутую линзу из флюорита.

Апохроматический атермальный объектив (варианты) // 2577082

Изобретение может быть использовано в оптико-электронных приборах, работающих в спектральном диапазоне излучения 0,4-1 мкм и в широком диапазоне температур, например, в аэрофотоаппаратах с матричными приемниками излучения.

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения // 2570062

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система состоит из расположенных вдоль оптической оси трех компонентов.

Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием // 2569429

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах с плавным изменением угловых размеров наблюдаемого пространства. Объектив содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент, состоящий из положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой и второй двояковогнутой линз, и третий компонент, содержащий двояковыпуклую линзу, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижные четвертый компонент, содержащий отрицательную вогнуто-выпуклую линзу и дополнительно введенную положительную выпукло-вогнутую линзу, и пятый компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой и второй двояковыпуклой линз.

Устройство для формирования инфракрасного изображения // 2569424

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах с плавным изменением угловых размеров наблюдаемого пространства. Устройство состоит из последовательно расположенных неподвижного первого компонента, подвижных второго и третьего компонентов, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижных четвертого и пятого компонентов, между которыми формируется промежуточное изображение, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой.

Оптическая тепловизионная система для средней ик-области спектра // 2567444

Оптическая тепловизионная система содержит расположенные по ходу лучей входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение, и проекционный объектив, установленный перед фотоприемным устройством.

Устройство для формирования инфракрасного изображения // 2567126

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах с охлаждаемыми матричными приемниками излучения. Устройство состоит из объектива, матричного приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, блока обработки информации, блока позиционирования, блока стабилизации и блока калибровки.

Лазерная фокусирующая головка с линзами из zns, имеющими толщину по краям, по меньшей мере, 5 мм, и установка и способ лазерной резки с использованием одной такой фокусирующей головки // 2553152

Изобретение относится к фокусирующей лазерный луч головке для лазерной резки, способу и установке лазерной резки металлической детали. Фокусирующая головка содержит коллимирующую линзу (13) и фокусирующую линзу (14).

Оптическая тепловизионная система для средней ик-области спектра // 2543693

Система содержит входной объектив, проекционный объектив, компенсационный элемент и расфокусирующий элемент. Входной объектив строит промежуточное действительное изображение и выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов.

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.

Оптическая система тепловизионного прибора // 2592707

Изобретение может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система тепловизионного прибора состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью отрицательную выпукло-вогнутые линзы, проекционного объектива, содержащего первую положительную вогнуто-выпуклую линзу, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу и третью положительную двояковыпуклую линзу, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. Технический результат - повышение разрешения тепловизионного прибора за счет увеличения фокусного расстояния, позволяющего уменьшить элементарное поле зрения, при уменьшении коэффициента телеукорочения и высоком качестве изображения. 1 ил., 3 табл.

Объектив с переменным фокусным расстоянием для охлаждаемых детекторов // 2594948

Объектив с переменным фокусным расстоянием для охлаждаемых детекторов, содержащий подвижные и неподвижные компоненты, отличается тем, что он выполнен из пяти компонентов, расположенных последовательно по ходу луча, и включает шесть линз, при этом головной компонент - неподвижная одиночная положительная линза, второй компонент выполнен отрицательным и подвижным, третий компонент выполнен положительным и подвижным, причем второй и третий компоненты выполнены таким образом, чтобы вторая поверхность второго компонента, которая является вогнутой, и первая поверхность третьего компонента, которая является выпуклой, были обращены в разные стороны, при этом величина подвижки второго компонента не превышала 0,1 f′ max, а расстояние между третьим и четвертым компонентами не превышало (0,13÷0,16) f′ max, и при этом апертурная диафрагма расположена за пятым компонентом на расстоянии 0,55 f′ min от последней поверхности объектива. Технический результат - снижение веса и уменьшение габаритов по длине за счет уменьшения количества линз, снижение сложности изготовления за счет уменьшения количества асферик и увеличение качества изображения во всем диапазоне изменения фокусных расстояний. 8 ил.

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.

Двухканальный тепловизионно-ночной наблюдательный прибор // 2599747

Двухканальный тепловизионно-ночной наблюдательный прибор содержит тепловизионный канал, состоящий из объектива тепловизионного канала, матричного приемника излучения, плоского дисплея, лупы тепловизионного канала, куб-призмы. Дополнительно указанный прибор содержит ночной канал, состоящий из объектива ночного канала, электронно-оптического преобразователя с плоским экраном, лупы ночного канала и общей с тепловизионным каналом куб-призмы. Причем лупа ночного канала выполнена двухкомпонентной, первый компонент которой - двояковыпуклая линза, второй ее компонент является лупой тепловизионного канала, между компонентами лупы ночного канала установлена куб-призма. Технический результат заключается в выравнивании значений увеличений тепловизионного и ночного каналов. 1 ил.

Способ получения профильных изделий на основе монокристаллов германия // 2600380

Изобретение относится к технологии получения оптических изделий из германия путем выращивания монокристаллов германия из расплава в форме профильных изделий в виде выпукло-вогнутых заготовок, которые после обработки могут быть использованы для изготовления линз инфракрасного диапазона. Выращивание монокристаллов германия осуществляют на затравочный кристалл с использованием помещенного в тигель 2 вертикального формообразующего элемента 1, имеющего отверстия 6 в месте примыкания его нижней части к тиглю 2 для удаления образующегося при кристаллизации германия избыточного расплава, при этом в проточках вертикального формообразующего элемента 1 диаметром d размещены горизонтальные верхний и нижний формообразующие, имеющие центральные отверстия, элементы 3 выпукло-вогнутой формы с диаметрами, соответственно, d1 и d2, при этом d2>d1>d. Формообразователи придают выращенному монокристаллу форму заготовки линзы. Изобретение позволяет серийно получать монокристаллы германия (в том числе крупногабаритные) с различной формой сечения с минимизированным расходом материала. 1 ил., 2 пр.

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения // 2603449

Оптическая система тепловизионного прибора состоит из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью отрицательную выпукло-вогнутые линзы, подвижного второго компонента, содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью положительную вогнуто-выпуклые линзы, неподвижного третьего компонента, содержащего первую положительную вогнуто-выпуклую линзу, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу и третью положительную двояковыпуклую линзу, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. Подвижный второй компонент установлен с возможностью ввода-вывода в оптический тракт. Технический результат - увеличение фокусного расстояния при сохранении значения коэффициента телеукорочения и качества изображения. 1 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.