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

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

Известен светосильный объектив, работающий в диапазоне от 8 до 14 мкм, содержащий четыре компонента:
- положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- отрицательную двояковогнутую линзу,
- положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, у которого первая и третья линзы выполнены из германия с показателем преломления не менее 4 (патент США 3363962, НКИ 350-2, публ. 1968 г.). Данный объектив имеет небольшое фокусное расстояние f'=76,2 мм и, кроме того, недостаточную технологичность, т. к. содержит шесть разных радиусов оптических поверхностей, которые требуют применения своего пробного стекла и обрабатывающего инструмента на каждую оптическую поверхность.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является светосильный объектив, работающий в диапазоне от 3,5 до 8 мкм, содержащий последовательно установленные 3 линзы:
- положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету.

При этом первая и третья линзы выполнены из кремния (патент США 4537464, НКИ 350/1.4, публ. 1985). Данный объектив имеет слишком малое поле зрения 2w=1,6^o и, кроме того, недостаточную технологичность, так как содержит шесть разных радиусов оптических поверхностей, которые требуют применения своего пробного стекла и обрабатывающего инструмента на каждую оптическую поверхность.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с высоким качеством изображения и технологического изготовления при фокусном расстоянии f^'= 150 мм, относительном отверстии 1:1,65 и поле зрения 2w=6 град при работе в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.

Технический результат - повышение технологичности изготовления объектива при высоком качестве изображения, обусловлен указанной задачей и достигается созданием светосильного объектива, содержащего три компонента, первый из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, третий компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, в котором, в отличие от известного, имеет место равенство R₂=R₆, где R₂ - радиус второй оптической поверхности,
R₆ - радиус шестой оптической поверхности,
А возможно и все три компонента выполнить с одинаковыми радиусами кривизны: R₂=R₄=R₆, где R₂ - радиус второй оптической поверхности,
R₄ - радиус четвертой оптической поверхности,
R₆ - радиус шестой оптической поверхности.

Кроме того, первый и второй, второй и третий, а также все три компонента могут быть выполнены из оптического материала одной марки.

На фигуре представлена оптическая схема предложенного объектива.

Объектив состоит из последовательно установленных трех одиночных линз: положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к изображению, отрицательного мениска 2, обращенного вогнутостью к изображению, и положительного мениска 3, обращенного выпуклостью к предмету.

Апертурная диафрагма совпадает с первой поверхностью линзы 2.

Объектив работает следующим образом. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).

В соответствии с предложенным решением рассчитано 2 варианта светосильного объектива для дальнего ИК-диапазона от 8 до 12,5 мкм.

Конструктивные параметры объектива приведены в табл. 1 и 2.

Характеристики рассчитанного объектива для первого варианта:
Фокусное расстояние объектива - 148 мм
Относительное отверстие - 1:1,65
Угол поля зрения - 6 град
Задний фокальный отрезок - 44,06 мм
Объектив имеет следующие аберрации для λ=10 мкм:
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси - Не более 0,0026 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении поля зрения 2w = 6 град - Не более 0,086 мм
То же в сагиттальном сечении - Не более 0,031 мм
Меридиональный астигматический отрезок X'_m - Не более 0,125 мм
Сагиттальный астигматический отрезок X'_s - Не более 0,089 мм
Дисторсия - Не более 0,097%
Характеристики рассчитанного объектива по 2 варианту:
Фокусное расстояние объектива - 148,39 мм
Относительное отверстие - 1:1,65
Угол поля зрения - 6 град.

Задний фокальный отрезок - 44,06 мм
Объектив имеет следующие аберрации для λ=10 мкм:
Поперечная сферическая аберрация для точки оси - Не более 0,042 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2w=6 град - Не более 0,09 мм
То же в сагиттальном сечении - Не более 0,072 мм
Меридиональный астигматический отрезок X'_m - Не более 0,159 мм
Сагиттальный астигматический отрезок X'_s - Не более 0,101 мм
Дисторсия - Не более 0,12%
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный трехлинзовый объектив с повышенной технологичностью в изготовлении и высоким качеством изображения при фокусном расстоянии f'=150 мм и при относительном отверстии 1:1,65; поле зрения 2w=6 град и работе в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм, т.к. необходимы пробные стекла и обрабатывающий инструмент только на четыре поверхности из шести.

Светосильный объектив предназначен для работы в тепловизионных приборах и состоит из последовательно установленных трех линз: положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к изображению, и положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету. Радиусы второй и шестой оптических поверхностей равны между собой. Объектив имеет высокую технологичность и высокое качество изображения при относительном отверстии 1:1,65, поле зрения 2w=6^o и работает в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм. 4 з. п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Светосильный объектив, содержащий три компонента, первый из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, третий компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, отличающийся тем, что имеет место равенство R₂=R₆, где R₂ - радиус второй оптической поверхности, R₆ - радиус шестой оптической поверхности. 2. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что имеет место равенство R₂ = R₄, где R₂ - радиус второй оптической поверхности, R₄ - радиус четвертой оптической поверхности. 3. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что все три компонента выполнены из оптического материала одной марки. 4. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что первый и второй компоненты выполнены из оптического материала одной марки. 5. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что второй и третий компоненты выполнены из оптического материала одной марки.