СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ ДЛЯ БЛИЖНЕЙ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА Российский патент 2001 года по МПК G02B13/14 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам телескопических систем наблюдательных оптических приборов для инфракрасных лучей, и может быть использовано в приборах ночного видения.

Известны конструкции светосильных объективов, описанные, например, в выложенных заявках Японии N 60-64318 (A), кл. G 02 В 9/16, опубл. 12.04.85 г. и N 52-71253 (A), кл. 104A412, опубл. 14.06.77 г.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является объектив, описанный в акцептованной заявке Японии N 60- 49288 (B2), кл. G 02 В 13/00, опубл. 1.11.85 г. Он содержит следующие последовательно расположенные компоненты:
- первый компонент - двояковыпуклая линза и отрицательный мениск обращенный вогнутостью к предмету,
- второй компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Имеют место следующие соотношения:
-1,65 f < r₃ < -1,0 f,
0,42 f < r₅ < 0,56 f,
f₃ < 0,8 f,
где f - фокусное расстояние объектива,
f₃ - фокусное расстояние линзы второго компонента,
r₃ - первый радиус кривизны второй линзы первого компонента,
r₅ - первый радиус кривизны линзы второго компонента.

Данный объектив имеет малое угловое поле в пространстве предметов 2 σ = 2^o4' и большую длину оптической системы 1,9 f.

Задачей изобретения является создание светосильного объектива с угловым полем в пространстве предметов больше 13^o, длиной оптической системы менее 1,6 f' и задним фокальным отрезком S'_F > 0,4 f' при одновременном хорошем качестве изображения по полю.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе для ближней ИК-области спектра, содержащем два компонента, первый из которых состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, второй - положительная линза, в отличие от известного, во втором компоненте положительная линза выполнена в виде двояковыпуклой, при этом имеют место следующие соотношения:
-1,3 f' < r₃ < -1,0 f',
0,55 f' < r₅ < 0,67 f',
0,8 f' < f'₃ < 1,1 f',
где f' - фокусное расстояние всего объектива,
f'₃ - фокусное расстояние линзы второго компонента,
r₃ - первый радиус кривизны второй линзы первого компонента,
r₅ - первый радиус кривизны линзы второго компонента.

На фиг. 1 изображена оптическая схема объектива, на фиг. 2 и 3 - графики аберраций объектива.

Объектив (фиг. 1) содержит последовательно расположенные по ходу луча два компонента, первый из которых состоит из двояковыпуклой линзы 1 и отрицательного мениска 2, обращенного вогнутостью к предмету. Второй компонент - двояковыпуклая линза 3. В объективе имеют место следующие соотношения:
-1,3 f' < r₃ < -1,0 f',
0,55 f' < r₅ < 0,67 f',
0,8 f' < f'₃ < 1,1 f',
где f' - фокусное расстояние всего объектива,
f'₃ - фокусное расстояние линзы второго компонента,
r₃ - первый радиус кривизны второй линзы первого компонента,
r₅ - первый радиус кривизны линзы второго компонента.

Апертурная диафрагма расположена за линзой 2.

Объектив работает следующим образом. Параллельный световой поток от объекта, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит последовательно через линзы 1, 2 и 3 и образует изображение объекта в плоскости наилучшей установки объектива, в которой установлен приемник оптического изображения (не показан).

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан объектив со следующими конструктивными данными:
Фокусное расстояние объектива - f' = 50 мм
Фокусное расстояние первой линзы - f'₁ = 57,68 мм
Фокусное расстояние второй линзы - f'₂ = -117,34 мм
Фокусное расстояние третьей линзы - f'₃ = 48,21 мм
Задний фокальный отрезок - S'_F' = 22,24 мм
Расстояние от последней поверхности объектива до плоскости наилучшей установки - S'_уст = 22,21 мм
Результаты представлены в таблице.

В объективе соблюдены следующие соотношения:
-1,3 f' = -65 мм < r₃ = -58,34 мм < -1,0 f' = -50 мм
0,55 f' = 27,5 мм < r₅ = 31,77 мм < 0,67 f' = 33,5 мм
0,8 f' = 40 мм < f'₃ = 48,21 мм < 1,1 f' = 55 мм
Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики:
относительное отверстие = 1:1,6,
угловое поле в пространстве предметов 2 σ = 13^o12',
спектральный диапазон (0,78...0,68...0,9) мкм,
длина оптической системы L=Σd + S_F′, = 57,2 + 22,24 = 79,44 = 1,59f',
где Σd - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе,
S'_F' - задний отрезок,
продольная сферическая аберрация по зоне (-0,003) мм,
меридиональная кривизна изображения по полю (-0,191) мм,
сагиттальная кривизна изображения по полю (-0,146) мм.

Апертурная диафрагма расположена за линзой 2 на расстоянии 11 мм от нее, диаметр апертурной диафрагмы равен 24,5 мм.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата по сравнению с ближайшим аналогом: увеличено угловое поле в пространстве предметов 2 σ = 13^o12', длина оптической системы уменьшена до 1,59 f' вместо 1,92 f', задний фокальный отрезок увеличен до 0,44 f' при высоком относительном отверстии объектива 1:1,6 и хорошем качестве изображения по полю:
продольная сферическая аберрация на зоне (-0,003) мм,
меридиональная кривизна изображения (-0,19) мм,
сагиттальная кривизна изображения (-0,15) мм.

Объектив содержит два компонента, первый из которых состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, второй - двояковыпуклая линза. При этом имеют место следующие соотношения: - 1,3 f' < r₃ < 1,0 f', 0,55 f' < r₅ < 0,67 f', 0,8 f' < f'₃ < 1,1 f', где f' - фокусное расстояние всего объектива; f'₃ - фокусное расстояние линзы второго компонента; r₃ - первый радиус кривизны второй линзы первого компонента; r₅ - первый радиус кривизны линзы второго компонента. Обеспечивается создание светосильного объектива с угловым полем в пространстве предметов больше 13^o, длиной оптической системы менее 1,6 f' и задним фокальным отрезком S'_F более 0,4 f' при одновременном хорошем качестве изображения по полю. 3 ил., 1 табл.

Светосильный объектив для ближней ИК-области спектра, содержащий два компонента, первый из которых состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, второй - положительная линза, отличающийся тем, что во втором компоненте положительная линза выполнена в виде двояковыпуклой, при этом имеют место следующие соотношения:
-1,3 f' < r₃ < -1,0 f',
0,55 f' < r₅ < 0,67 f',
0,8 f' < f'₃ < 1,1 f',
где f' - фокусное расстояние всего объектива;
f'₃ - фокусное расстояние линзы второго компонента;
r₃ - первый радиус кривизны второй линзы первого компонента;
r₅ - первый радиус кривизны линзы второго компонента.