ОБЪЕКТИВ ДЛЯ БЛИЖНЕЙ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА Российский патент 2008 года по МПК G02B9/62 G02B13/14 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для объективов в приборах ночного видения, работающих при пониженной освещенности как в активном, так и в пассивном режимах.

Известен объектив для ближней ИК-области спектра по патенту РФ №2047200, МПК G02B 13/14, 9/34, опубликованному в 1995 году. Он выполнен с фокусным расстоянием f'=135,3 мм, с относительным отверстием 1:2 и задним вершинным отрезком S'=43,2 мм. Объектив содержит четыре оптических компонента. Первый компонент - склеенная линза, состоящая из положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Второй компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету. Третий компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, четвертый компонент - в виде двояковыпуклой линзы. Но у данного объектива - малый задний вершинный отрезок, не позволяющий использовать его в приборах ночного видения с большим количеством деталей, диаметр входного зрачка 67 мм и невысокие частотно-контрастные характеристики (ЧКХ) до 0,7 в центре и по полю для 15 лин/мм.

Наиболее близким аналогом является объектив по патенту РФ N2252440, МПК G02B 9/62, 13/16, опубликованному в 2005 году. Это восьмилинзовый объектив с относительным отверстием 1:1,65 и фокусным расстоянием f=167,81 мм. Объектив содержит шесть оптических компонентов, первый из которых со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде склейки из положительного и отрицательного менисков, обращенных выпуклостью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, вогнутой поверхностью обращенного к пространству предметов, четвертый компонент выполнен в виде склейки из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, пятый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, шестой компонент - одиночный отрицательный мениск, вогнутой поверхностью обращенный к пространству предметов. У данного объектива большое количество линз и малый задний вершинный отрезок (18 мм), не позволяющий разместить большое количество деталей в приборе.

Задачей заявленного изобретения является создание объектива для ближней ИК-области спектра с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - повышение качества изображения в пределах всего поля изображения объектива с малой длиной и большим задним вершинным отрезком.

Это достигается тем, что в объективе для ближней ИК-области спектра, состоящем по ходу луча из одиночной положительной линзы, сложной линзы, выполненной из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к изображению, одиночной отрицательной линзы, двояковыпуклой линзы и одиночной двояковыпуклой линзы, в отличие от известного одиночная положительная линза - мениск, обращенный выпуклостью к предмету, одиночная отрицательная линза - двояковогнутая, а двояковыпуклая линза - одиночная, кроме того, воздушный промежуток между менисками в сложной линзе может изменяться от 0 до 0,03 мм.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена оптическая схема предлагаемого объектива со склеенной сложной линзой, на фиг.2 - оптическая схема предлагаемого объектива с воздушным промежутком между менисками в сложной линзе, на фиг.3 - графики ЧКХ объектива в меридиональном и сагиттальном сечениях, на фиг.4 - графики аберраций объектива.

Объектив для ближней ИК-области спектра (фиг.1) состоит по ходу лучей из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой диаметром 52 мм и расположенной на расстоянии 18 мм от первого компонента. Первый компонент выполнен из одиночного положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, и отрицательной сложной линзы, состоящей, в свою очередь, из положительного мениска 2 и отрицательного мениска 3, обращенных вогнутостью к плоскости изображения. Мениски 2 и 3 могут быть склеенными, то есть воздушный промежуток между ними равен 0 (фиг.1), и расклеенными, при воздушном промежутке не более 0,03 мм (фиг.2). Второй компонент объектива расположен за апертурной диафрагмой и выполнен из одиночной двояковогнутой линзы 4 и двояковыпуклой линзы 5. Двояковыпуклая линза 6 расположена за линзой 5. Положительный мениск 1 служит для коррекции аберраций широких наклонных пучков лучей в меридиональном сечении, а отрицательная сложная линза, состоящая из положительного мениска 2 и отрицательного мениска 3, обеспечивает коррекцию осевой и полевой сферических аберраций. Во втором компоненте линзы 4 и 5 обеспечивают устранение остаточной кривизны поля изображения и увеличение заднего вершинного отрезка объектива до 0,68f', а линза 6 является силовым компонентом для обеспечения заданной величины фокусного расстояния. Конструктивно объектив рассчитан для воздушного промежутка между линзами 2 и 3, равного нулю (склеенные линзы), и для воздушного промежутка, равного 0,03 мм. Последний вариант выполнения может быть использован при необходимости отсутствия склеенных поверхностей, например, при работе с лазерными системами.

В таблицах 1, 2 указаны значения радиусов кривизны, толщин линз, воздушных промежутков для обоих вариантов исполнения.

Таблица 1Радиус кривизны, ммТолщина линзы, ммВоздушный промежуток, ммМарка стеклаСветовой диаметр, ммR₁=98,63d₁=9 СТК 11978R₂=363,1 l₁=0,l 78R₃=61,24d₂=22,5 СТК 11274R₄=139,96d₃=4 ТФ 10463R₅=38,73 l₂=35 54R₆=-40,46d₄=4,5 ТФ 10450R₇=135,21 l₃=1,8 56R₈=164,06d₅=18 СТК 11961R₉=-51,17 l₄=0,1 61R₁₀=147,23d₆=8,5 СТК 11958,5R₁₁=-349,1   58,5

Таблица 2Радиус кривизны, ммТолщина линзы, ммВоздушный промежуток, ммМарка стеклаСветовой диаметр, ммR₁=98,63d₁=9 СТК 11978R₂=363,1 l₁=0,l 78R₃=61,24d₂=22,5 СТК 11274R₄=139,96 l₂=0,03 63R₅=139,96d₃=4 ТФ 10463R₆=38,73 l₃=35 54R₇=-40,46d₄=4,5 ТФ 10450R₈=135,21 l₄=1,8 56R₉=164,06d₅=18 СТК 11961R₁₀=-51,17 l₅=0,1 61R₁₁=147,23d₆=8,5 СТК 11958,5R₁₂=-349,1   58,5

Объектив работает следующим образом. Излучение от предмета, расположенного в бесконечности, проходит последовательно через линзы 1, 2, 3, 4, 5 и 6 объектива, формирующего изображение предмета в плоскости изображения.

Таким образом, создан объектив, работающий в спектральном диапазоне λ=680÷920 нм с основной длиной волны λ=820 нм, с фокусным расстоянием f'=135,3 мм, относительным отверстием 1:1,74, диаметром входного зрачка 78 мм, с углом поля зрения 7,6°, имеющий высокие значения полихроматических ЧКХ для пространственной частоты 15 лин/мм в пределах всего поля изображения с учетом спектрального распределения актиничных потоков ночного канала, работающего с электронно-оптическим преобразователем. Значения ЧКХ для интервала от 5 до 30 лин/мм. приведены в таблице 3.

Таблица 3ЧКХ ОБЪЕКТИВАЧастота мм^-1Точка на осиW=2°11'W=3°48'  Саг.Мер.Саг.Мер.50,9780,9770,9780,9720,963100,9370,9360,9380,9220,884150,8840,8850,8890,8600,775200,8240,8270,8320,7960,650250,7590,7670,7730,7320,525300,6910,7060,7130,6700,409

Малая длина объектива 076f' и большой задний вершинный отрезок 92,27 мм позволяют разместить большое количество деталей в приборе ночного видения.

Изобретение может быть использовано в приборах ночного видения. Объектив состоит по ходу луча из одиночной положительной линзы, сложной линзы, выполненной из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к изображению, одиночной отрицательной линзы, двояковыпуклой линзы и одиночной двояковыпуклой линзы. Одиночная положительная линза - мениск, обращенный выпуклостью к предмету, одиночная отрицательная линза - двояковогнутая, а двояковыпуклая линза - одиночная. Воздушный промежуток между менисками в сложной линзе может изменяться от 0 до 0,03 мм. Технический результат - повышение качества изображения в пределах всего поля при малой длине объектива и большом заднем вершинном отрезке. 4 ил., 3 табл.

Объектив для ближней ИК-области спектра, состоящий по ходу луча из одиночной положительной линзы, сложной линзы, выполненной из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к изображению, одиночной отрицательной линзы, двояковыпуклой линзы и одиночной двояковыпуклой линзы, отличающийся тем, что одиночная положительная линза - мениск, обращенный выпуклостью к предмету, одиночная отрицательная линза - двояковогнутая, а двояковыпуклая линза - одиночная, кроме того, воздушный промежуток между менисками в сложной линзе может изменяться от 0 до 0,03 мм.