Светосильный объектив

Авторы патента:

Максимов Александр Георгиевич (RU)

Поликарпова Ирина Николаевна (RU)

Белоусов Юрий Иванович (RU)

G02B9/16 - все линзы простые

G02B11/08 - расположенными в последовательности LLL

Владельцы патента RU 2593413:

Открытое Акционерное Общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" (RU)

Объектив содержит три линзы. Первая линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Вторая линза - отрицательная, у которой величина радиуса кривизны первой поверхности r₃ удовлетворяет соотношению . Третья линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, для которого выполняется соотношение , где: f' - фокусное расстояние объектива, n - показатель преломления материала третьей линзы, r₅ - радиус кривизны первой поверхности третьей линзы, r₆ - радиус кривизны второй поверхности третьей линзы, d₅ - толщина по оси третьей линзы. Расстояние между первой и второй линзами больше 0,15f'. Технический результат - высокое качество изображения ля средней и дальней ИК области спектра. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 16 табл.

Предлагаемое техническое решение относится к оптическому приборостроению, а именно к линзовым светосильным объективам для средней и дальней инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в тепловизионных приборах.

Известны светосильные объективы для ИК области спектра, содержащие три линзы, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая линза - отрицательная, третья - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению (патенты США №4427259, №5251063 и патент Японии №62109014).

Объективы, представленные в патентах США №4427259 и №5251063, имеют недостаточно высокую светосилу. В наиболее светосильных вариантах объектива из патента №5251063 светосила не превышает 1:1,2 при угловом поле зрения 10°.

Объектив, представленный в патенте Японии №62109014, имеет высокую светосилу. Однако толщина второй линзы из германия составляет величину, равную 0,5 от фокусного расстояния объектива, что делает данную оптическую схему пригодной лишь для короткофокусных объективов, т.к. с увеличением фокусного расстояния габаритные размеры, масса и стоимость этой линзы становятся неприемлемо большими, а пропускание объектива низким.

Наиболее близким по технической сущности является объектив для ИК области спектра, описанный в патенте США №4427259. Объектив содержит три линзы. Первая линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Вторая - отрицательная линза. Третья линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Объектив имеет относительное отверстие 1:1,39, угловое поле зрения 6,34°и работает в области спектра 3,3-4,2 мкм.

Недостатком объектива являются недостаточно высокие светосила и поле зрения.

Задачей заявляемого технического решения является создание светосильного трехлинзового объектива с высоким качеством изображения для средней и дальней ИК области спектра.

Эта цель достигается созданием светосильного объектива, содержащего три линзы, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая линза - отрицательная, третья линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, в котором в отличие от известного для третьей линзы выполняется соотношение

где: f - фокусное расстояние объектива,

n - показатель преломления материала третьей линзы,

r₅ - радиус кривизны первой поверхности третьей линзы,

r₆ - радиус кривизны второй поверхности третьей линзы,

d₅ - толщина по оси третьей линзы,

а величина радиуса кривизны первой поверхности второй отрицательной линзы r₃ удовлетворяет соотношению , причем расстояние между первой и второй линзами больше 0,15f.

Кроме того,

- три линзы выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления больше 3,3,

- первая и третья линзы выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления больше 3,3,

- по крайней мере одна из поверхностей выполнена асферической,

- на одной из поверхностей нанесен киноформный элемент,

- одна из поверхностей выполнена асферической и на одной из поверхностей нанесен киноформный элемент,

- третья линза имеет возможность перемещения вдоль оптической оси.

На фиг. 1 представлена оптическая схема предложенного светосильного объектива.

Светосильный объектив состоит из трех линз 1, 2, 3. Первая линза 1 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Вторая линза 2 - отрицательная, у которой величина радиуса кривизны первой поверхности r₃ удовлетворяет соотношению ,

где: f - фокусное расстояние объектива.

Третья линза 3 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, для которого выполняется соотношение

где: f - фокусное расстояние объектива,

n - показатель преломления материала третьей линзы,

r₅ - радиус кривизны первой поверхности третьей линзы,

r₆ - радиус кривизны второй поверхности третьей линзы,

d₅ - толщина по оси третьей линзы.

Расстояние между первой и второй линзами больше 0,15f.

Входным зрачком объектива является апертурная диафрагма, находящаяся на первой поверхности линзы 1.

Объектив работает следующим образом. Лучистый поток от объекта через входной зрачок входит в объектив, проходит последовательно линзу 1, линзу 2, линзу 3 и строит изображение объекта в плоскости изображения.

Конструктивные параметры некоторых вариантов объектива, полученные в соответствии с предложенным решением, приведены в таблицах 1-9.

Оптические характеристики объектива для вариантов, представленных в табл. 1-7:

- фокусное расстояние - 100 мм;

- относительное отверстие - 1:1;

- угловое поле зрения - 13°;

- спектральный диапазон - 8-14 мкм.

Оптические характеристики объектива для вариантов, представленных в табл. 8, 9:

- фокусное расстояние - 100 мм;

- относительное отверстие - 1:1;

- угловое поле зрения - 13°;

- спектральный диапазон - 3-5 мкм.

Таким образом, техническим результатом заявляемого решения является создание светосильного объектива для средней и дальней ИК области спектра с относительным отверстием 1:1, угловым полем зрения 13° и высоким качеством изображения.

1. Светосильный объектив, содержащий три линзы, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая линза - отрицательная, третья линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, отличающийся тем, что для третьей линзы, выполненной в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, выполняется соотношение
где: f′ - фокусное расстояние объектива,
n - показатель преломления материала третьей линзы,
r₅ - радиус кривизны первой поверхности третьей линзы,
r₆ - радиус кривизны второй поверхности третьей линзы,
d₅ - толщина по оси третьей линзы,
а величина радиуса кривизны первой поверхности второй отрицательной линзы r₃ удовлетворяет соотношению причем расстояние между первой и второй линзами больше 0,15f′.

2. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что все три линзы выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления больше 3,3.

3. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что первая и третья линзы выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления больше 3,3.

4. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна из поверхностей выполнена асферической.

5. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что на одной из поверхностей нанесен киноформный элемент.

6. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что одна из поверхностей выполнена асферической и на одной из поверхностей нанесен киноформный элемент.

7. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что третья линза имеет возможность перемещения вдоль оптической оси.

Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием может быть использован в оптико-электронных приборах, работающих в дальней ИК-области. Объектив включает расположенные по ходу луча первый положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, второй мениск с возможностью его перемещения по оптической оси, апертурную диафрагму и третий положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений.

Трехлинзовый конденсор // 2574520

Конденсор может быть использован в оптических системах, например в проекционных, в том числе, и в ИК-системах. Конденсор состоит из трех одиночных линз и содержит две одинаковые плосковыпуклые линзы, первая из которых обращена по ходу лучей плоскостью к предмету, а последняя - плоскостью к изображению.

Планахроматический кварц-флюоритовый объектив микроскопа малого увеличения // 2497162

Объектив может быть использован в люминесцентных микроскопах, работающих при больших перепадах температур в проходящем и отраженном свете, в которых возбуждение люминесценции производится глубоким ультрафиолетом (от 250 нм), а наблюдение производится в видимом диапазоне.

Светосильный объектив // 2411555

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

Объектив // 2302021

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам высокоточных углоизмерительных систем, в том числе к объективам автоколлиматоров для формирования и приема излучения в ближней ИК-области спектра при условии использования в автоколлиматоре, имеющем при работе в направлении от тест-объекта на объект визирования большой диаметр выходного зрачка и малое угловое поле, а в направлении от объекта визирования на фотоприемное устройство работающего ограниченными зонами входного зрачка в большом угловом поле, при этом объект визирования может быть расположен в любой части входного зрачка объектива.

Проекционный объектив для инфракрасной области спектра // 2277717

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в проекционных объективах с вынесенным входным зрачком и увеличением, близким к минус единице, работающих в ИК-области спектра, например в тепловизионных приборах.

Объектив для ближней ик области спектра // 2111518

Светосильный объектив для ближней ик области спектра // 2104570

Изобретение относится к специальным объективам и может использоваться в ночных зрительных трубках. .

Монохроматический объектив // 1686398

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к монохроматическим объективам, работающим совместно с лазерами. .

Монохроматический объектив // 1679454

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для фокусировки излучения лазера. .

Планахроматический кварц-флюоритовый объектив микроскопа малого увеличения // 2497162

Трехлинзовый объектив // 2478996

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, например в приемных каналах, работающих с ПЗС-матрицами.

Способ определения диаметра пятна моды одномодового оптического волокна // 2156989

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения диаметра пятна моды одномодового оптического волокна. .

Светосильный объектив для ближней ик области спектра // 2104570

Изобретение относится к специальным объективам и может использоваться в ночных зрительных трубках. .

Интерферометр для контроля аберраций оптических систем // 274418

Объектив для ик-области спектра // 2620202

Объектив содержит 3 мениска. Первый и третий мениски - положительные, выполнены из германия. Второй мениск - отрицательный, выполнен из селенида цинка. Все мениски обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображения. Вторая поверхность первого мениска является асферической поверхностью второго порядка с конической постоянной в пределах 0,2÷0,5. Второй мениск установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Выполняются соотношения: ϕ1:ϕ2:ϕ3=(0,70÷0,90):-(0,10÷0,60):(1,0÷1,80), где ϕ1:ϕ2:ϕ3 - относительные оптические силы соответственно первого, второго и третьего менисков; D2/f'=0,3÷0,7; D4/f'=0,2÷0,6, где D2 - воздушный промежуток между первым и вторым менисками; f' - фокусное расстояние объектива, D4 - воздушный промежуток между вторым и третьим менисками. Технический результат - повышение качества изображения в нормальных климатических условиях и обеспечение работы объектива в температурном диапазоне от минус 40°С до 50°С без ухудшения качества изображения. 3 ил., 2 табл.

Светосильный трёхлинзовый объектив для ик-области спектра // 2629887

Объектив может быть использован в тепловизорах с матричными фотоприемниками, чувствительными в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит три мениска. Первый и третий мениски - положительные, обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображений и выполнены из германия. Вогнутые поверхности менисков выполнены коническими: коническая постоянная первого мениска - от 1 до 2,4, а третьего мениска - от (-1,9) до (-5,9). Второй мениск - отрицательный, обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображений и выполнен из материала с показателем преломления от 2,2 до 2,8. Выполняются соотношения: ϕ1=(0,71÷0,8)ϕ, ϕ2=-(0,46÷1,17)ϕ, ϕ3=(1,63÷2,16)ϕ, где ϕ1, ϕ2, ϕ3 - относительные оптические силы первого, второго, третьего менисков; ϕ - оптическая сила объектива; D2/L=0,21÷0,41; D4/L=0,15÷0,36, где D2, D4- воздушные промежутки между первым и вторым и вторым и третьим менисками; L - длина объектива. Технический результат - повышение качества изображения и уменьшение длины объектива. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием // 2641513

Объектив может быть использован в оптико-электронных приборах в условиях ограничения по массе и габаритам при эксплуатации. Объектив включает расположенные по ходу луча первый положительный мениск с одной асферической поверхностью, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, второй мениск с возможностью его поворота на 180° и перемещения по оптической оси и третий положительный мениск с одной асферической поверхностью, обращенный вогнутостью к плоскости изображений. Апертурная диафрагма расположена между третьим мениском и плоскостью изображения. Воздушный промежуток d6 между третьим мениском и апертурной диафрагмой составляет где - задний фокальный отрезок объектива. Технический результат - уменьшение габаритных размеров оптики по диаметру и длине и уменьшение веса оптических деталей с сохранением светосилы и приемлемого качества изображения. 1 ил., 2 табл.

Инфракрасный трёхлинзовый объектив // 2643707

Изобретение может быть использовано в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит три мениска, первый из которых - положительный, второй - отрицательный, третий - положительный. Все мениски обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображений. Вогнутая поверхность первого мениска выполнена асферической с конической постоянной в пределах от 0,28 до 0,52. Первый мениск выполнен из германия, второй - из халькогенидного стекла IRG-22 или IRG-25, а третий - из халькогенидного стекла IRG-26 или из бескислородного стекла ИКС-25. Выполняются соотношения: ϕ1 = (0,77÷1,00)ϕ, ϕ2 = -(2,00÷2,45)ϕ, ϕ3 = (2,80÷3,20)ϕ, где: ϕ1, ϕ2, ϕ3 - относительные оптические силы соответственно первого, второго и третьего менисков; ϕ - оптическая сила объектива. D2 = (0,58÷0,86)f', где: D2 - воздушный промежуток между первым и вторым менисками; f' - фокусное расстояние объектива. Технический результат: повышение технологичности объектива, улучшение качества изображения, снижение габаритов и массы объектива. 2 табл., 6 ил.

Трёхлинзовый атермализованный объектив для ик-области спектра // 2645446

Объектив может быть использован в тепловизорах с фотоприемными устройствами в виде микроболометрической матрицы, не требующей охлаждения до криогенных температур, работающей в спектральной области 8-12 мкм. Объектив содержит закрепленные в корпусе из нержавеющей стали три мениска. Первый мениск - положительный, обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображений и выполнен из бескислородного стекла ИКС-25 или из халькогенидного стекла IRG-26. Второй мениск - отрицательный, обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображений и выполнен из селенида цинка. Третий мениск - положительный, обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображений и выполнен из германия. Оптические силы менисков удовлетворяют соотношениям: ϕ1=(1,1÷1,3)ϕ; ϕ2=-(0,46÷0,84)ϕ; ϕ3=(0,93÷1,27)ϕ; где: ϕ1, ϕ2, ϕ3 - оптические силы соответственно первого, второго и третьего менисков; ϕ - оптическая сила объектива. Технический результат - упрощение оптической схемы объектива и повышение коэффициента пропускания. 3 ил., 7 табл.