Светосильный объектив

Объектив может быть применен в цифровых прицелах и приборах наблюдения с ПЗС или КМОП матрицах в разнообразных условиях эксплуатации днем и ночью. Первый компонент содержит двояковыпуклую линзу и отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству изображений. второй и третий компоненты - одиночные положительные мениски, обращенные вогнутостью к пространству изображений. Четвертый - отрицательная линза. Апертурная диафрагма расположена перед первой поверхностью первого компонента. Выполняются соотношения: d1-2=(0,4÷1,5)⋅FОБ, d2-3=(0,2÷1,0)⋅d1-2, где FОБ - фокусное расстояние объектива; d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами; d2-3 - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами. Технический результат - повышение светосилы объектива до значения 1:0,9 и расширение рабочего спектрального диапазона до значений Δλ=(600…1000) нм при отсутствии склеенных компонентов и с сохранением качества изображения. 2 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве объектива к цифровым прицелам и приборам наблюдения с формированием изображения на ПЗС или КМОП матрицах в разнообразных условиях эксплуатации днем и ночью.

Известен светосильный объектив (патент RU 2386988 C1, опубл. 20.04.2010), содержащий шесть линз, сформированных в четыре компонента с апертурной диафрагмой, расположенной перед первым компонентом, при этом первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, а второй компонент выполнен в виде двусклеенного мениска, состоящего из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Объектив работает в спектральном диапазоне Δλ=(600…900) нм, имеет относительное отверстие 1:2 и поле зрения 4°.

Недостатком этого светосильного объектива является невысокая светосила, равная 1:2, небольшое поле зрения, равное 4°, сравнительно узкий спектральный рабочий диапазон Δλ=(600…900) нм, а также наличие в нем двух склеенных линз, что усложняет технологию его изготовления.

Наиболее близким по технической сущности является светосильный объектив (патент RU 2411556 С1, опубл. 10.02.2011), содержащий шесть линз, сформированных в четыре компонента с апертурной диафрагмой, расположенной на поверхности второго компонента, обращенной к пространству изображений, при этом первый компонент выполнен в виде одиночной положительной линзы, второй компонент выполнен в виде склейки из положительной несимметричной двояковыпуклой линзы, обращенной к первому компоненту поверхностью с меньшим радиусом кривизны, и отрицательной несимметричной двояковогнутой линзы, обращенной поверхностью с меньшим радиусом кривизны к пространству изображения, третий компонент выполнен в виде склейки из отрицательного мениска н двояковыпуклой линзы, обращенной к пространству изображения поверхностью с большим радиусом кривизны, а четвертый - в виде несимметричной двояковогнутой линзы, обращенной к пространству изображения поверхностью с большим радиусом кривизны. Объектив работает в спектральном диапазоне Δλ=(486,1…656,3) нм, имеет относительное отверстие 1:1 и угловое поле зрения 10°.

Недостатком этого светосильного объектива является невысокая светосила, равная 1:1, узкий спектральный рабочий диапазон Δλ=(486,1…656,3) нм, а также наличие в нем двух склеенных линз, что усложняет технологию его изготовления.

Задачей настоящего изобретения является увеличение светосилы объектива до значения 1:0,9 с расширением спектрального рабочего диапазона до значений Δλ=(600…1000) нм и исключение склеенных компонентов с сохранением качества изображения.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе, содержащем последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента, первый из которых содержит положительную линзу, второй компонент содержит положительную линзу, третий компонент содержит положительную линзу, а четвертый - отрицательную линзу, в отличие от известного, первый компонент содержит две линзы, первая из которых выполнена в виде положительной двояковыпуклой линзы, а вторая линза выполнена в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству изображений, второй и третий компоненты представляют собой одиночные положительные мениски, обращенные вогнутостью к пространству изображений, а апертурная диафрагма расположена перед первой поверхностью первого компонента, при этом выполняются следующие соотношения:

где FОБ - фокусное расстояние объектива;

d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами;

d2-3 - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами.

Такой светосильный объектив обеспечивает более высокую светосилу объектива до значения 1:0,9 и расширенный спектральный рабочий диапазон до значений Δλ=(600…1000) нм с отсутствием склеенных компонентов и с сохранением качества изображения.

Оптическая схема светосильного объектива показана на фигуре 1.

График частотно-контрастной характеристики объектива показан на фигуре 2.

Светосильный объектив содержит последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента. Перед первым компонентом расположена апертурная диафрагма 1, первый компонент выполнен в виде положительной линзы 2 и отрицательной линзы 3, второй компонент выполнен в виде одиночной положительной линзы 4, третий компонент выполнен в виде одиночной положительной линзы 5, четвертый компонент выполнен в виде отрицательной линзы 6, после которого расположены защитное стекло 7 и фотоприемник 8.

Конструктивные параметры варианта исполнения светосильного объектива приведены в таблице 1.

Параметры такого варианта исполнения светосильного объектива:

- расчетная длина волны 0,8 мкм;
- рабочий спектральный диапазон (0,6÷1,0) мкм;
- фокусное расстояние 35,0 мм;
- линейное поле зрения 4,5 мм;
- угловое поле зрения ~ 7,3°;
- относительное отверстие 1:0,9

Принцип действия оптической системы заключается в следующем.

Первый компонент I, выполненный в виде положительной линзы 2 и отрицательной вогнуто-выпуклой линзы 3, обращенной выпуклостью к пространству изображений, в сочетании со вторым компонентом II, выполненным в виде одиночного положительного мениска 4, являются силовыми элементами, формирующими оптическую силу, близкую к оптической силе объектива, при этом должно выполняться следующее соотношение:

где FОБ - фокусное расстояние объектива;

d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами.

Третий компонент III, выполненный в виде положительного мениска 5, обращенного вогнутостью к пространству изображений, в сочетании с четвертым компонентом IV, выполненным в виде отрицательной линзы 6, являются коррекционными элементами, позволяющими обеспечить высокую степень коррекции сферохроматической аберрации, комы и вторичного спектра, а также исправить кривизну изображения, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков, для чего необходимо обеспечить следующее соотношение:

где FОБ - фокусное расстояние объектива;

d2-3 - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами.

Как видно из фигуры 2, полихроматические коэффициенты передачи модуляции составляют для пространственной частоты N=50 штр/мм в точке на оси y'=0: ~ порядка 0,5 (~ 0,4 у прототипа); для края поля зрения 2w=6° не менее 0,36 и 0,23 (для меридионального и сагиттального пучка соответственно), а для пространственной частоты N=100 штр/мм в точке на оси у'=0: ~ порядка 0,26 (~ 0,1 у прототипа); для края поля зрения 2w=6° менее 0,06 и 0,15 (для меридионального и сагиттального пучка соответственно), что позволяет получать на фотоприемниках формата 1/4" изображения объектов малого контраста.

Графики частотно-контрастной характеристики объектива на фиг. 2 подтверждают, что объектив сохраняет хорошее качество изображения (высокую разрешающую способность) по сравнению с прототипом.

Как видно из расчетов, оптическая система, при простоте ее конструкции, обеспечивает приемлемое качество изображения для оптико-электронных приборов, использующих телевизионную матрицу спектрального диапазона (0,6÷1,0) мкм с размерами пикселя от 5 до 10 мкм.

Высокое значение относительного отверстия - 1:0,9 (у прототипа -1:1), существенно расширяет диапазон возможного применения объектива, позволяя использовать его для ночного видения в условиях низкой освещенности (в сумерки и в темное время суток).

Светосильный объектив, содержащий последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента, первый из которых содержит положительную линзу, второй компонент содержит положительную линзу, третий компонент содержит положительную линзу, а четвертый - отрицательную линзу, и отличающийся тем, что первый компонент содержит две линзы, первая из которых выполнена в виде положительной двояковыпуклой линзы, а вторая линза выполнена в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству изображений, второй и третий компоненты представляют собой одиночные положительные мениски, обращенные вогнутостью к пространству изображений, а апертурная диафрагма расположена перед первой поверхностью первого компонента, при этом выполняются следующие соотношения:

где FОБ - фокусное расстояние объектива;

d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами;

d2-3 - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами.



 

Похожие патенты:

Объектив для SWIR диапазона спектра может быть использован в оптико-электронных приборах на основе матричных фотоприемных устройств, чувствительных в спектральном диапазоне от 0,9 до 1,7 мкм.

Изобретение может быть использовано в оптических приборах, формирующих изображение при значительном выносе входного или выходного зрачка. Оптическая система содержит по ходу лучей четыре компонента.

Светосильный объектив может использоваться в приборах совместно с матричными приемниками. Объектив содержит расположенные последовательно по ходу луча отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, светофильтр в виде плоскопараллельной пластины, двояковыпуклую линзу, отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, положительную сложную линзу, склеенную из мениска и двояковыпуклой линзы, и положительную сложную линзу, склеенную из двояковыпуклой и отрицательной линз.

Объектив можно использовать в приборах ночного видения и в приборах, работающих с матричными приемниками оптического излучения. Объектив содержит расположенные последовательно по ходу луча отрицательный компонент в виде склеенных друг с другом светофильтра в виде плоскопараллельной пластины и плосковогнутой линзы, обращенной вогнутостью к изображению, двояковыпуклую линзу, отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, блок из двух положительных компонентов, обращенных выпуклостями друг к другу, выполненных в виде склеенных друг с другом двояковогнутой и двояковыпуклой, двояковыпуклой и двояковогнутой линз каждый.

Объектив // 2639242
Объектив может быть использован в оптико-электронных приборах, формирующих изображения объектов земной поверхности через реальную атмосферу в коротковолновом ИК-диапазоне.

Оптическая система формирования изображений содержит детектор формирования изображений, включающий первую область, чувствительную к свету в первом диапазоне волн приблизительно от 1,0 до 2,5 мкм, и вторую область, чувствительную к свету во втором диапазоне волн, который включает по меньшей мере одну из короктоволновой инфракрасной полосы спектра и средневолновой инфракрасной полосы спектра, несколько линз для фокусирования света на детектор формирования изображений, изготовленных из материала, прозрачного в диапазоне длин волн по меньшей мере от 1,0 мкм до 5,0 мкм; и светоделитель, расположенный между линзами и детектором формирования изображений и предназначенный для деления падающего света на первый и второй диапазоны волн и направления их на соответственно на первую и вторую области детектора формирования изображений.

Объектив может быть использован в качестве фотографического объектива. Светосильный объектив состоит из двух оптических компонентов, разделенных воздушным промежутком.

Объектив может быть использован в оптических системах, например в телескопических, в микроскопах и в других приборах, в том числе и в ИК - системах. Объектив состоит из пяти одиночных линз по ходу лучей, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, третья - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертая - двояковыпуклая линза, пятая - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению.

Изобретение может быть использовано в объективах микроскопов для наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур. Микрообъектив содержит последовательно расположенные пять компонентов.

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

Объектив может быть использован в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит четыре компонента, из которых первый и второй по ходу луча - положительные мениски, обращенные вогнутыми поверхностями к плоскости изображений, а третий - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости изображений.

Изобретение предназначено для работы с неохлаждаемым матричным приемником и может быть использовано в качестве объектива тепловизора. Объектив состоит из положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображений, отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости предметов, положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости предметов, положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к плоскости предметов.

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 - положительные, а третий - отрицательный.

Изобретение может быть использовано в оптических системах, в частности, работающих с приемной телевизионной матрицей. Светосильный объектив состоит из четырех компонентов.

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

Изобретение может быть использовано в наблюдательных приборах и телевизионных обзорных комплексах. Объектив содержит апертурную диафрагму и четыре компонента.

Изобретение может быть использовано в объективах, работающих в дальнем ИК-диапазоне. Объектив состоит из четырех компонентов по ходу лучей.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, работающих в спектральном диапазоне 8-12 мкм. Объектив содержит четыре мениска, закрепленные в корпусе из алюминиевого сплава.

Объектив может быть использован в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, не требующими охлаждения до криогенных температур и чувствительными в спектральном диапазоне 8-12 мкм.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах. Светосильный объектив состоит из четырех расположенных по ходу лучей линз: первая и вторая линзы - одиночные положительные мениски, обращенные вогнутостью к изображению.
Наверх