СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2002 года по МПК G02B13/14 G02B9/06 

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

Известен светосильный двухкомпонентный объектив, описанный в книге: "Теория оптических систем" Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. и др. М.: Машиностроение, 1981 г., с.382, рис.271. Он содержит два положительных компонента, разделенных значительным воздушным промежутком; каждый компонент представляет собой положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом каждый из компонентов склеен из двух линз. Его особенностью является сложность конструкции.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является светосильный объектив для ИК-области спектра, описанный в патенте США 3992078 А, публ. 05.12.75 г. Он состоит из передней и задней простых положительных линз, изготовленных из германия, причем указанные элементы отстоят друг от друга по оси на расстоянии от 0,8 F до 1,2 F, где F - эквивалентное фокусное расстояние всего объектива; задние поверхности каждой линзы являются плоскими или имеют минимальную кривизну, выпуклую в сторону передней поверхности, а передние поверхности линз являются выпуклыми в сторону передней поверхности с радиусом кривизны более 5F и 2F соответственно, меньшими, чем радиусы кривизны задних поверхностей указанных линз. При этом по меньшей мере вторая поверхность передней линзы асферическая.

Как следует из расчета, в этой конструкции расстояние от первой оптической поверхности до плоскости изображения составляет величину не менее 1,68 F, что сильно увеличивает длину объектива и продольные размеры прибора, в котором он используется.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива упрощенной конструкции с уменьшенным продольным размером при высоком качестве изображения.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается созданием светосильного объектива, содержащего два разделенных воздушным промежутком одиночных положительных мениска, обращенных вогнутостью к изображению, выполненных из материала с показателем преломления больше 3,3 и коэффициентом дисперсии больше 300 для спектрального диапазона от 8 до 14 мкм. Вторая поверхность первого мениска выполнена асферической. В отличие от известного, в объективе радиус первой оптической поверхности равен радиусу четвертей оптической поверхности.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива.

Объектив состоит из двух одиночных линз 1 и 2, разделенных воздушным промежутком, причем обе линзы - положительные мениски, обращенные вогнутостью к изображению, и выполнены из материала с показателем преломления больше 3,3 и коэффициентом дисперсии больше 800 для спектрального диапазона от 8 до 14 мкм, например из германия. Вторая поверхность линзы 1 - асферическая. Радиус первой оптической поверхности равен радиусу четвертой оптической поверхности.

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

В соответствии с предложенным решением рассчитан светосильный объектив для дальнего ИК-диапазона от 8 до 12,5 мкм.

Его конструктивные параметры приведены в таблице.

Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики:
фокусное расстояние объектива - f'=200 мм
задний фокальный отрезок - S'_f'=21,4 мм
угол поля зрения - 2w=4^o30'
относительное отверстие - 1:2
Расстояние от первой оптической поверхности до плоскости изображения в этом объективе составляет 1,22 f'.

Объектив имеет для λ=8-12,5 мкм следующие аберрации:
поперечная сферическая аберрация для точки на оси - не более 0,032 мм,
поперечная аберрация для точки вне оси - не более 0,064 мм (2w=4^o30'),
меридиональный астигматический отрезок - x'_m не более 0,244 мм,
сагиттальный астигматический отрезок - x'_s не более 0,142 мм - (2w= 4^o30').

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан двухлинзовый объектив упрощенной конструкции с уменьшенным продольным размером 1,22 f' (в отличие от 1,68 f' у ближайшего аналога), с относительным отверстием 1:2 и высоким качеством изображения в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.

Светосильный объектив содержит два разделенных воздушным промежутком одинаковых положительных мениска, обращенных вогнутостью к изображению, выполненных из материала с показателем преломления больше 3,3 и коэффициентом дисперсии больше 800 для спектрального диапазона от 8 до 14 мкм. Вторая поверхность первой линзы выполнена асферической. Радиус первой оптической поверхности равен радиусу четвертой оптической поверхности. Обеспечивается создание светосильного объектива упрощенной конструкции с уменьшенным продольным размером при высоком качестве изображения. 1 ил., 1 табл.

Светосильный объектив, содержащий два разделенных воздушным промежутком одиночных положительных мениска, обращенных вогнутостью к изображению, выполненных из материала с показателем преломления больше 3,3 и коэффициентом дисперсии больше 800 для спектрального диапазона от 8 до 14 мкм, при этом вторая поверхность первой линзы выполнена асферической, отличающийся тем, что в объективе радиус первой оптической поверхности равен радиусу четвертой оптической поверхности.