ОБЪЕКТИВ ДЛЯ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА Российский патент 1995 года по МПК G02B13/14 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к линзовым объективам для ИК-области спектра, и может быть использовано в наблюдательных и опознавательных приборах, регистрирующих ИК-излучение в области прозрачности германия, из которого выполнен объектив.

Известен объектив [1], предназначенный для использования в инфракрасной области спектра. Объектив состоит из двух линз в форме менисков, причем за второй линзой установлена параллельная пластина.

К недостаткам объектива следует отнести то, что он состоит из трех оптических компонентов, что усложняет конструкцию, уменьшает пропускаемость, увеличивает габаритные и весовые характеристики объектива.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является объектив для ИК-спектра спектра [2], содержащий две установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси германиевые линзы, первая из которых является выпукло-вогнутой, имеющей первую сферическую и вторую асферическую поверхность, а вторая - выпукло-плоской или выпукло-вогнутой, имеющей первую асферическую и вторую плоскую или сферическую поверхности. Однако качество изображения, даваемого объективом, не отвечает требованиям современного ИК-приборостроения, что наиболее существенно проявляется при фокусировке объектива при различных расстояниях до изображаемого предмета. Фокусировка объектива "Irtal-4" выполняется одновременным и одинаковым перемещением обеих линз вдоль оптической оси при неизменном расстоянии между линзами, вследствие чего величина поперечных аберраций, определяющих ширину функции рассеяния, у объектива "Irtal-4" в точке на оси составляет 0,1 мм, а на краю поля зрения достигает 0,2 мм.

Целью изобретения является снижение аберраций в неподвижной плоскости изображения в процессе фокусировки объектива при различных расстояниях до изображаемого предмета по всему полю зрения.

Цель достигается тем, что в известной конструкции объектива для ИК-области спектра, содержащего две установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси германиевые линзы, первая из которых является выпукло-вогнутым мениском, имеющим первую сферическую и вторую асферическую поверхность, а вторая - выпукло-плоской или выпукло-вогнутой линзой, имеющей первую асферическую и вторую плоскую или сферическую поверхности, линзы установлены с возможностью одновременного или последовательного перемещения до установки межлинзового расстояния d и заднего фокального отрезка S' в соответствии с выражениями, приведенными ниже.

На чертеже показана конструкция объектива для ИК-области спектра.

Объектив содержит первую выпукло-вогнутую линзу 1 из германия, имеющую первую 1' выпуклую сферическую и вторую 1" вогнутую асферическую поверхности, вторую выпукло-плоскую или выпукло-вогнутую линзу 2 из германия, имеющую первую 2' выпуклую асферическую поверхность и вторую 2" плоскую или сферическую поверхности. Линзы 1 и 2 установлены с возможностью одновременного или последовательного перемещения (указано стрелками над линзами 1 и 2) вдоль оптической оси 3 до установки межлинзового расстояния 4 (d) и заднего фокального отрезка 5 (S') в соответствии с выражениями d = 0,98f^' + 7100 S^-1,15
S' = 0,3537 + 1600 S^-0,96, где f' - фокусное расстояние объектива (на чертеже не показано), равное 49-51 мм; S - расстояние 6 от предмета 7 до первой 1' сферической поверхности первой выпукло-вогнутой линзы 1, 8 - неподвижная плоскость изображения, вторая вогнутая асферическая поверхность 1" первой линзы 1 выполнена согласно уравнению
z² + y² = a₁x + a₂x² + a₃x³ + ... + a_nxⁿ, где x, y, z - координаты (на чертеже не показаны) вогнутой асферической поверхности 1"; х - осевая координата, совпадающая с оптической осью 3 объектива; а₁, а₂, а₃ ... а_n - постоянные коэффициенты, определяющие форму второй вогнутой асферической поверхности 1", причем n > 2, и коэффициент а₂ имеет величину а₂ < -1, что характеризует выполнение вогнутой асферической поверхности 1" линзы 1 в виде деформированного эллипсоида вращения, первая выпуклая асферическая поверхность 2' второй линзы 2 из германия выполнена согласно уравнению
z² + y² = b₁x + b₂X² + b₃x³ + ... + b_nxⁿ, где x, y, z - координаты (на чертеже не показаны) выпуклой асферической поверхности 2'; х - осевая координата, совпадающая с оптической осью 3 объектива; b₁, b₂, b₃, ..., b_n - постоянная коэффициенты, определяющие форму вогнутой асферической поверхности 2', причем n > 2, и коэффициент b₂ имеет величину b₂ > 1, что характеризует выполнение выпуклой асферической поверхности 2' линзы 2 в форме деформированного гиперболоида вращения.

П р и м е р 1. Объектив состоит из линз 1 и 2 из германия. Первая 1' поверхность линзы 1 выполнена выпуклой сферической с радиусом кривизны 135, 83 мм. Вторая 1" поверхность линзы 1 выполнена вогнутой асферической, представляющей деформированный эллипсоид вращения
z² + y² = 416,8x - 13,842x² - 0,2448x³ -
- 0,0185x⁴ - 0,000843x⁵,
a₂ = -13,842 < - 1.

Первая поверхность 2' линзы 2 выполнена выпуклой асферической, представляющей деформированный гиперболоид вращения:
z² + y² = 287,58x + 4,0886x² - 1,68287x³ +
+ 0,2215x⁴ - 0,000787x⁵,
b₂ = 4,0886 > 1
Вторая поверхность 2" линзы 2 выполнена плоской. Объектив имеет следующие характеристики: относительное отверстие 1:0,7, угловое поле зрения 18о, фокусное расстояние f' = 49,95 мм. При фокусировке объектива на различные расстояния от предмета 7 до первой сферической поверхности 1' первой выпукло-вогнутой линзы 1, изменяющиеся от 1 до бесконечности, величина межлинзового расстояния d и заднего фокального отрезка S' изменяется соответственно от 51,50 до 49,00 мм и от 29,00 до 26,83 мм.

Перемещение линз возможно как одновременное, так и последовательное. Величина измеренных поперечных аберраций, определяющих ширину функции расстояния для изготовленного объектива указанной конструкции в точке на оси, составила 0,03 мм и на краю поля изображения - 0,07 мм, что в два с лишним раза меньше по сравнению с аберрациями объектива по прототипу.

Таким образом, данная конструкция объектива для ИК-области спектра позволяет уменьшить аберрации в неподвижной плоскости изображения как в точке на оси, так и на краю поля изображения, в процессе фокусировки объектива при различных расстояниях до изображаемого предмета.

Использование: изобретение относится к конструкции объективов для ИК - области спектра. Сущность изобретения: объектив содержит две установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси положительные германиевы линзы, первая из которых является выпукло - вогнутой, имеющей первую сферическую и вторую асферическую поверхности, а вторая - выпукло-плоской или выпукло-вогнутой, имеющей первую асферическую и вторую плоскую или сферическую поверхности. Линзы установлены с возможностью одновременного или последовательного перемещения до установки межлинзового расстояния и заднего фокального отрезка в соответствии с выражениями, приведенными в описании. Асферические поверхности определены соответствующими уравнениями. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ОБЪЕКТИВ ДЛЯ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА, содержащий две установленные с возможностью перемещения положительные германиевые линзы, первая из которых - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, а вторая - выпуклоплоская или выпукловогнутая линза, при этом обращенные друг к другу поверхности линз выполнены асферическими, отличающийся тем, что вогнутая асферическая поверхность первой линзы выполнена согласно уравнению
z² + y² = a₁x + a₂x² + a₃x³ + ... + a_n · xⁿ,
а первая выпуклая асферическая поверхность второй линзы - согласно уравнению
z² + y² = b₁x + b₂x² + b₃x³ + b_gxⁿ,
где x, y, z - координаты асферических поверхностей;
x - осевая координата;
a₁, a₂, a₃, a_n, b₁, b₂, b₃ ... b_n - постоянные коэффициенты, причем a₂ < - 1 и b₂ > 1. 2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что линзы установлены с возможностью одновременного или последовательного перемещения, а расстояние между линзами d и величина заднего фокального отрезка S¹ определяются из соотношений
d = 0,98f¹ + 7100S^-1,15;
S¹ = 0,53f¹ + 1600S^-0,96,
где f¹ - фокусное расстояние объектива, равное 49 - 51 мм;
S - расстояние от предметной плоскости до первой поверхности первой линзы.