ДВУХЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2008 года по МПК G02B9/10 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, например в визуальных и в ИК-системах.

Известен двухлинзовый склеенный объектив ("Прикладная оптика". И.А.Турыгин, Москва, "Машиностроение", 1966 г., стр.423). Он состоит по ходу луча из склеенных двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Объектив имеет небольшое фокусное расстояние 100 мм и недостаточную технологичность, т.к. требуется применение разных пробных стекол и разного обрабатывающего инструмента для каждой оптической поверхности.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является двухлинзовый объектив - ахромат (Заявка Франции №2025476, кл. G02B 13/00, 5/00, публ. 1970 г.), работающий в ИК-диапазоне от 8 до 14 мкм, состоящий из отдельных двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Линзы объектива выполнены из материалов CsBr и ZnS с показателями преломления 1,66251 и 2,1986. Кроме того, отношение первого радиуса по ходу лучей второй линзы к ее второму радиусу равно 0,858. У данного объектива фокусное расстояние - 100 мм, и он имеет недостаточную технологичность, т.к. требуется применение разных пробных стекол и разного обрабатывающего инструмента для каждой оптической поверхности.

Задачей заявляемого изобретения является создание технологичного двухлинзового объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - упрощение конструкции и повышение технологичности при увеличенном фокусном расстоянии и высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в двухлинзовом объективе, состоящем из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, в отличие от известного, обе линзы выполнены из оптического стекла, прозрачного в видимой и ближней ИК-области спектра, радиусы двояковыпуклой линзы равны по абсолютной величине, отношение первого по ходу лучей радиуса менисковой линзы ко второму ее радиусу менее 0,8, и имеют место соотношения:

1,46<n₁<1,63;

1,66<n₂<1,78;

где n₁ - показатель преломления материала первой линзы по ходу лучей;

n₂ - показатель преломления материала второй линзы по ходу лучей.

Кроме того, в двухлинзовом объективе линзы могут быть выполнены склеенными.

На фиг.1 представлена оптическая схема предложенного объектива со склеенными линзами, а на фиг.2 - с одиночными.

Двухлинзовый объектив (фиг.1 и фиг.2) состоит из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы 1 и отрицательного мениска 2, обращенного выпуклостью к изображению. Линзы 1 и 2, выполненные из оптического стекла, прозрачного в видимой и ближней ИК-области спектра, могут быть одиночными (фиг.1) и склеенными (фиг.2). Радиусы двояковыпуклой линзы 1 равны по абсолютной величине, а отношение первого по ходу лучей радиуса менисковой линзы 2 ко второму ее радиусу менее 0,8.

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 излучения (не показан).

В соответствии с предложенным решением рассчитано два двухлинзовых объектива.

Первый объектив выполнен из одиночных линз и исправлен для λ=1060 нм и для λ=656,28 нм. Объектив может работать в качестве коллиматора. Объектив работает в видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра.

Конструктивные параметры первого объектива приведены в табл.1.

Входной зрачок совпадает с первой оптической поверхностью, но может быть и в другом месте.

Характеристики рассчитанного первого объектива:

фокусное расстояние150,75 ммотносительное отверстие1:4,7угол поля зрения2 град. 8 мин.

Объектив имеет следующие аберрации для λ=1060 нм:

поперечная сферическая аберрация для точки на осине более 0,0005 ммпоперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=2 град. 8 минне более 0,0275 ммпоперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=2 град. 8 минне более 0,0057 мммеридиональный астигматический отрезок Х_мне более 0,109 ммсагиттальный астигматический отрезок X_sне более 0,048 ммдисторсияне более 0,0009%

В предлагаемом изобретении:

R₁=|R₂|=75,505;

n₁=1,615192;

n₂=1,761712;

где R₁ - радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы;

R₂ - радиус второй по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы;

n₁ - показатель преломления материала первой линзы;

n₂ - показатель преломления материала второй линзы.

Кроме того, отношение первого радиуса по ходу лучей менисковой линзы к ее второму по ходу лучей радиусу равно 0,065.

Второй объектив выполнен склеенным, исправлен в спектральном диапазоне от 480 нм до 660 нм и тоже может работать в качестве коллиматора. Объектив работает в видимом диапазоне спектра.

Конструктивные параметры второго объектива приведены в табл.2.

Входной зрачок находится на расстоянии 60 мм перед первой оптической поверхностью второго объектива, но может находиться и в другом месте.

Характеристики рассчитанного второго объектива:

фокусное расстояние399,55 ммотносительное отверстие1:6,9угол поля зрения12 град.

Объектив имеет следующие аберрации для λ=546 нм:

поперечная сферическая аберрация для точки на осине более 0,012 ммпоперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=12 град.не более 0,095 ммпоперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=12 град.не более 0,03 мммеридиональный астигматический отрезок Х_мне более 9,48 ммсагиттальный астигматический отрезок X_sне более 4,24 ммдисторсияне более 0,3%

В предлагаемом изобретении:

R₁=|R₂|=193,634;

n₁=1,518294;

n₂=1,677617;

где R₁ - радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы;

R₂ - радиус второй по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы;

n₁ - показатель преломления материала первой линзы;

n₂ - показатель преломления материала второй линзы.

Кроме того, отношение первого радиуса по ходу лучей менисковой линзы к ее второму по ходу лучей радиусу равно 0,186.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан двухлинзовый объектив с повышенной технологичностью при высоком качестве изображения с увеличенным фокусным расстоянием и при простой конструкции.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, как в визуальных, так и в ИК-системах. Объектив состоит из первой линзы, выполненной в виде двояковыпуклой, и второй линзы, выполненной в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Линзы выполнены из оптического стекла, прозрачного в видимой и ближней ИК-области спектра. Радиусы двояковыпуклой линзы равны по абсолютной величине. Отношение первого по ходу лучей радиуса менисковой линзы ко второму ее радиусу менее 0,8. Имеют место соотношения: 1,46<n₁<1,63, 1,66<n₂<1,78, где n₁ и n₂ - показатели преломления материала первой и второй линз по ходу лучей. Линзы могут быть одиночными или склеенными. Технический результат - упрощение конструкции и повышение технологичности при увеличенном фокусном расстоянии и высоком качестве изображения. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

1. Двухлинзовый объектив, состоящий из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, отличающийся тем, что обе линзы выполнены из оптического стекла, прозрачного в видимой и ближней ИК-области спектра, радиусы двояковыпуклой линзы равны по абсолютной величине, отношение первого по ходу лучей радиуса менисковой линзы ко второму ее радиусу менее 0,8 и имеют место соотношения

1,46<n₁<1,63,

1,66<n₂<1,78,

где n₁ - показатель преломления материала первой линзы по ходу лучей;

n₂ - показатель преломления материала второй линзы по ходу лучей.