СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2005 года по МПК G02B9/60 

Предлагаемое изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к классу светосильных объективов, и может быть использовано при работе с различными приемниками излучения, которые требуют большого заднего фокального отрезка, высокого качества изображения в широком спектральном диапазоне и наличие действующей апертурной диафрагмы, в том числе в аппаратуре, работающей в условиях радиационного заражения местности.

Известны светосильные объективы [1-3] с высоким относительными отверстием и полями зрения 10°-14°, работающие в различных спектральных диапазонах. Однако все названные объективы имеют задний фокальный отрезок не более 0,15 ƒ′_об, где ƒ′_об - фокусное расстояние объектива, объектив [1] имеет S′_F=0,15ƒ′_об, у объектива [3] S′_F=l,9 мм, что соответствует S′_F=0,025ƒ_об. Объектив [2] имеет относительное отверстие 1:2. Другие объективы не обеспечивают хорошее исправление аберраций точки на оси и широких наклонных пучков одновременно в меридиональном и сагиттальном сечениях в широком спектральном диапазоне от 550 нм до 900 нм, например, объективы [1] и [2] имеют ширину диапазона ахроматизации 150 нм и 314 нм соответственно.

Кроме того, все рассмотренные объективы выполнены из материалов, не имеющих высокой радиационно-оптической устойчивости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является объектив [3], содержащий три положительных компонента, разделенных воздушными промежутками, составляющими 0,3-0,4 и 0,5-0,6 фокусного расстояния объектива, при этом первый компонент выполнен в виде одиночной выпукло-плоской линзы, второй компонент -мениск, склеенный из положительной и отрицательной линз, а третий компонент - близфокальный мениск большой толщины.

Объектив имеет относительные отверстия 1:1,0, угловое поле 2ω=14°, задний фокальный отрезок соответствует 0,025ƒ′_об, исправлен для спектрального диапазона от 486 нм до 800 нм.

Данная конструкция не позволяет получить высокое качество изображения в пределах всего поля одновременно в меридиональном и сагиттальном сечениях в расширенном спектральном диапазоне от 550 нм до 900 нм, увеличить задний отрезок до 0,3 ƒ′_об. Объектив не содержит действующей апертурной диафрагмы и выполнен из материалов, не имеющих высокой радиационно-оптической устойчивости к воздействию гамма-излучения с мощностью дозы более 1×10⁶ Р/ч.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества изображения в расширенном диапазоне до 350 нм, увеличение заднего фокального отрезка до 0,32 фокусного расстояния, осуществление регулировки освещенности в плоскости изображения за счет изменения диаметра действующей апертурной диафрагмы внутри системы, а также значительное повышение радиационно-оптической устойчивости к воздействию гамма-излучения с мощностью дозы до 5×10⁶ Р/ч.

Эта цель достигается тем, что в известном объективе, содержащем три компонента, первый компонент выполнен в виде двух одиночных положительных линз, второй компонент - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеен из положительной и отрицательной линз, а третий компонент состоит из мениска, обращенного вогнутостью к изображению, и положительной линзы, каждый из которых склеен из двух линз с оптической силой противоположного знака, при этом после второго компонента расположена действующая апертурная диафрагма, расстояние между вторым и третьим компонентами равно (0,3...0,4) ƒ′_об, а оптические силы компонентов объектива составляют соответственно (0,8...1,0) ϕ_об, (-0,9...-1,0) ϕ_об и (1,3...1,5) ϕ_об, где ƒ′_об и ϕ_об - фокусное расстояние и оптическая сила объектива соответственно, причем все линзы выполнены из материалов с радиационно-оптической устойчивостью к воздействию гамма-излучения с мощностью дозы до 5×10⁶ Р/ч.

На Фиг.1 представлена принципиальная схема светосильного радиационно-стойкого объектива, он состоит из компонентов 1, 2, 3. Компонент 1 выполнен в виде двух одиночных положительных линз 4 и 5. Компонент 2 - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из положительной линзы 6 и отрицательной линзы 7. Компонент 3 содержит две линзы, каждая из которых склеена из двух линз оптической силы противоположного знака, причем линзы 8, 9 образуют мениск, обращенный вогнутостью к изображению, а линзы 10 и 11 - двояковыпуклую положительную линзу. За вторым компонентом расположена действующая апертурная диафрагма 12.

На Фиг.2 приведены конструктивные параметры объектива. Фокусное расстояние объектива ƒ′_об=96 мм, относительное отверстие 1:1,5, угловое поле 2ω=13°. Объектив имеет задний фокальный отрезок S′_F=30,3 мм, что составляет 0,32ƒ′_об. Большая величина S′_F позволяет использовать объектив с набором светофильтров и приемник излучения с чувствительной площадкой, утопленной относительно защитного стекла. Расстояние между компонентами 2 и 3 составляет 31,2мм, что соответствует 0,32 ƒ′_об. На расстоянии 14,2 мм от компонента 2 расположена действующая апертурная диафрагма, позволяющая регулировать освещенность в плоскости изображения.

Компоненты 1, 2, 3 имеют фокусные расстояния, соответствующие оптическим силам ϕ₁=0,86ϕ_об, ϕ₂=0,93ϕ_об, ϕ₃=1,46ϕ_oб, где ϕ_об - оптическая сила объектива.

Объектив выполнен из материалов с повышенной радиационно-оптической устойчивостью, а именно линзы 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 - из стекол серии 200, линза 11 - из стекла серии 100. Объектив исправлен для спектрального диапазона от 550 до 900 нм.

На Фиг.3 приведена дифракционная полихроматическая частотно-контрастная характеристика объектива для рабочего спектрального диапазона.

Положительный эффект предлагаемой конструкции объектива заключается в том, что она обеспечивает высокое качество изображения в расширенном спектральном диапазоне 350 нм (прототип имеет ширину диапазона до 314 нм), увеличение заднего фокального отрезка до 0,32 ƒ′_об (против 0,025 ƒ′_об в прототипе), что позволяет использовать объектив с набором светофильтров, наличие действующей апертурной диафрагмы дает возможность осуществлять регулировку освещенности в плоскости изображения, а выполнение линз объектива из радиационно-устойчивого материала позволяет использовать объектив в аппаратуре, работающей в условиях воздействия гамма-излучения с мощностью дозы до 5×10⁶P/ч (против 1×10⁶ Р/ч в прототипе).

ЛИТЕРАТУРА

1. Авт. св. СССР №1720048, кл. 5G02B 9/64, 1992 г.

2. Патент США №4348084, кл. 5G02B 13/02, 1982 г.

3. Авт. св. СССР №1208257, кл. 4G02B 9/40, 9/32, 1986 г.

Объектив предназначен для работы с различными приемниками излучения в широком спектральном диапазоне. Объектив состоит из трех компонентов и действующей апертурной диафрагмы, установленной между вторым и третьим компонентами. Первый компонент выполнен в виде двух одиночных положительных линз, второй компонент - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из положительной и отрицательной линз, а третий компонент содержит две линзы, каждая из которых склеена из двух линз с оптическими силами противоположного знака. Первая склеенная линза третьего компонента - мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Расстояние между вторым и третьим компонентами равно (0,3...0,4)ƒ′_об, а оптические силы компонентов объектива составляют соответственно (0,8...1,0) ϕ_об, (-0,9...-1,0) ϕ_об и (1,3...1,5) ϕ_об, где ƒ′_об и ϕ_об - фокусное расстояние и оптическая сила объектива, соответственно. Все линзы объектива выполнены из материалов с высокой радиационно-оптической устойчивостью, что позволяет использовать объектив в условиях воздействия гамма-излучения с мощностью до 5 х 10⁶ Р/ч. Обеспечивается повышение качества изображения в расширенном спектральном диапазоне до 350 нм, увеличение заднего фокального отрезка до 0,32 фокусного расстояния, осуществление регулировки освещенности в плоскости изображения за счет изменения диаметра действующей апертурной диафрагмы внутри системы, а также значительное повышение радиационно-оптической устойчивости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Светосильный объектив, содержащий три компонента, первый и третий из которых - положительные, а второй компонент - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из положительной и отрицательной линз, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде двух одиночных положительных линз, а третий компонент содержит две линзы, каждая из которых склеена из двух линз с оптической силой противоположного знака, причем первая склеенная линза третьего компонента - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом после второго компонента расположена действующая апертурная диафрагма, расстояние между вторым и третьим компонентами равно (0,3...0,4)ƒ′_об, а оптические силы компонентов объектива составляют соответственно (0,8...1,0)ϕ_об, (-0,9...-1,0)ϕ_об и (1,3...1,5)ϕ_об, где ƒ′_об и ϕ_об - фокусное расстояние и оптическая сила объектива соответственно.2. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что все линзы объектива выполнены из материалов с устойчивостью к воздействию гамма-излучения с мощностью дозы до 5х10⁶ Р/ч.