ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ С ИЗМЕНЯЕМЫМ ФОКУСНЫМ РАССТОЯНИЕМ ДЛЯ РАБОТЫ В ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК G02B13/14 G02B15/14 G02B9/60 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в качестве объектива тепловизионных приборов для наблюдения и опознавания объектов по тепловому излучению.

Известен объектив [1] состоящий из четырех компонентов, причем третий, четвертый установлены с возможностью ввода и вывода их из оптической схемы для изменения фокусного расстояния. Первый и второй компоненты обеспечивают фокусное расстояние f'=449,22 мм, режим узкого поля зрения. Для обеспечения фокусного расстояния f'=117,41 мм - режим широкого угла поля зрения - вводятся третий компонент между первым и вторым и четвертый компонент за вторым.

Его недостатком является большое количество оптических элементов. В результате увеличиваются габаритные размеры и повышается поглощение падающего излучения линзами объектива.

Известен другой объектив [2], состоящий из трех групп компонентов, с возможностью ввода и вывода второй группы из оптической схемы для изменения фокусного расстояния.

Его недостатком являются повышенные габаритные размеры и, как следствие, невозможность применения в аппаратуре, к которой предъявляются жесткие массогабаритные требования, а также необходимость придания преломляющим поверхностям некоторых элементов сложной асферической формы.

Уменьшение габаритных размеров вышеуказанных объективов невозможно из-за необходимости иметь дополнительное пространство для размещения компонентов, вводимых в оптическую схему при изменении ее фокусного расстояния. Выполнение всех преломляющих поверхностей второго объектива сферическими без потери качества изображения невозможно.

Наиболее близким, принятым за прототип, является линзовый объектив [З] с дискретной сменой фокусного расстояния для работы в инфракрасной области спектра с установленными по ходу лучей первым и последним неподвижными положительными компонентами и подвижным отрицательным компонентом, расположенным между ними, при этом первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения.

Недостатками этого объектива являются большие габаритные размеры, низкое качество изображения и малая разрешающая способность, которые ограничивают использование этого объектива с приемниками теплового излучения, величина термочувствительного элемента которых лежит в пределах 25-35 мкм.

Задачей данного изобретения является обеспечение более высоких технических характеристик объектива: улучшение качества изображения и уменьшение габаритных размеров.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в инфракрасной области спектра, содержащий установленные по ходу лучей первый и последний неподвижные положительные компоненты и подвижные одиночные линзы, расположенные между ними, при этом первый по ходу луча компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, первая по ходу луча перемещающаяся линза выполнена в виде двояковогнутой отрицательной линзы, вторая по ходу луча перемещающаяся линза имеет положительную оптическую силу, отличающийся тем, что в нем вогнутая поверхность первого мениска и вторая вогнутая поверхность первой перемещающейся линзы имеют сферическую форму, последний компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, между второй перемещающейся линзой и последним неподвижным компонентом введена дополнительная линза, имеющая возможность перемещения вдоль оптической оси, подвижные линзы перемещаются без сохранения постоянного расстояния между вершинами своих преломляющих поверхностей и все элементы оптической системы изготовлены из материала одной марки.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительная линза установлена неподвижно, а перемещение подвижных компонентов происходит в противоположных направлениях.

Конструктивные параметры данных объективов приведены в таблицах 1 и 2.

Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами.

Фиг.1 - положение компонентов в объективе первого варианта при:

а)ƒ'=60 мм;

б)ƒ'=180 мм.

Фиг.2 - положение компонентов в объективе второго варианта при:

а)ƒ'=60 мм;

б)ƒ'=180 мм.

Фиг.3 - график ЧКХ первого варианта при:

а)ƒ'=60 мм;

б)ƒ'=180 мм.

Фиг.4 - график ЧКХ второго варианта при:

а)ƒ'=60 мм;

б)ƒ'=180 мм.

На фиг.3 и фиг.4 показаны графики частотно-контрастной характеристики предлагаемых вариантов объектива. По оси абсцисс отложена пространственная частота N мм^-1, отнесенная к плоскости изображения объектива, а по оси ординат - коэффициент передачи контраста Т в относительных единицах.

Таблица 1Конструктивные параметры первого варианта объективаРадиусы, ммТолщины, ммМатериалСветовые диаметры, ммR₁=165.347D₁=14.0Германий59.8/167.1R₂=236.695D₂=16.546/105.527 55.4/162.1R₃=-213.332D₃=9.0Германий45.7/36.4R₄=454.291D₄=51.758/3.5 45.7/34.9R₅=-241.973D₅=10.0Германий60.9/33.9R₆=-149.291D₆=2.655/40.923 63.2/34.2R₇=127.977D₇=10.0Германий60.9/32.6R₈=175.731D₈=81.039/2.049 57.8/30.8R₉=98.83D₉=10.0Германий32.5/30.2R₁₀=131.009D₁₀=20.0 29.4/27.4

Числитель дроби для ƒ'=60 мм, знаменатель для ƒ'=180 мм

Объектив имеет следующие характеристики:

Фокусное расстояние, мм60-180;Относительное отверстие1:1,5;Рабочий спектральный диапазон, мкм8-12;Линейное поле изображения, 2у' мм16;Длина системы, мм230.

Таблица 2Конструктивные параметры второго варианта объективаРадиусы, ммТолщины, ммМатериалСветовые диаметры, ммR₁=306.016D₁=18.0Германий159.2/218.7R₂=437.877D₂=124.774/185.276 152.5/212.2R₃=-367.895D₃=6.0Германий50.6/61.8R₄=336.818D₄=73.415/5.976 49.9/61.2R₅=189.874D₅=10.5Германий55.4/63.2R₆=-581.823D₆=5.864/12.801 53.8/61.8R₇=-148.73D₇=10.5Германий49.2 / 46.8R₈=-282.397D₈=50.0 50.6/47.0R₉=72.26D₉=10.5Германий47.9/45.5R₁₀=108.805D₁₀=30.0 43.3/41.2

Числитель дроби для ƒ'=60 мм, знаменатель для ƒ'=180 мм

Объектив имеет следующие характеристики:

Фокусное расстояние, мм60-180;Относительное отверстие1:1,2;Рабочий спектральный диапазон, мкм8-12;Линейное поле изображения, 2у' мм16;Длина системы, мм339.

Из приведенных графиков, а также из анализа работы прототипа на частотах 100-130 мм^-1 видно, что предлагаемая схема объектива имеет более высокие показатели по качеству даваемого изображения.

Данный объектив может применяться в приборах, работающих в ИК-диапазоне для задач обнаружения, различения и опознавания объектов.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №92002027 (аналог).

2. Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, №5 (2003), p.308-322 (аналог).

3. WO №99/59015 (прототип).

Объектив может быть использован в приборах, работающих в ИК-диапазоне для задач обнаружения, различения и опознавания объектов. Объектив содержит установленные по ходу лучей первый и последний неподвижные положительные компоненты и подвижные одиночные линзы, расположенные между ними. Первый компонент - мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображения. Первая перемещающаяся линза - двояковогнутая, вторая - положительная. Последний компонент - одиночный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображения. Все элементы оптической системы изготовлены из материала одной марки. Между второй перемещающейся линзой и последним неподвижным компонентом введена дополнительная линза, которая в первом варианте имеет возможность перемещения, и подвижные линзы перемещаются без сохранения постоянного расстояния между вершинами своих преломляющих поверхностей. Во втором варианте дополнительная линза неподвижна, а подвижные компоненты перемещаются в противоположных направлениях. Технический результат - улучшение качества изображения и уменьшение габаритных размеров. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 4 ил.

1. Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в ИК-области спектра, содержащий установленные по ходу лучей первый и последний неподвижные положительные компоненты и подвижные одиночные линзы, расположенные между ними, при этом первый по ходу луча компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, первая по ходу луча перемещающаяся линза выполнена в виде двояковогнутой отрицательной линзы, вторая по ходу луча перемещающаяся линза имеет положительную оптическую силу, отличающийся тем, что в нем вогнутая поверхность первого мениска и вторая вогнутая поверхность первой перемещающейся линзы имеют сферическую форму, последний компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, между второй перемещающейся линзой и последним неподвижным компонентом введена дополнительная линза, имеющая возможность перемещения вдоль оптической оси, подвижные линзы перемещаются без сохранения постоянного расстояния между вершинами своих преломляющих поверхностей и все элементы оптической системы изготовлены из материала одной марки.2. Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в ИК-области спектра, содержащий установленные по ходу лучей первый и последний неподвижные положительные компоненты и подвижные одиночные линзы, расположенные между ними, при этом первый по ходу луча компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, первая по ходу луча перемещающаяся линза выполнена в виде двояковогнутой отрицательной линзы, вторая по ходу луча перемещающаяся линза имеет положительную оптическую силу, отличающийся тем, что в нем вогнутая поверхность первого мениска и вторая вогнутая поверхность первой перемещающейся линзы имеют сферическую форму, последний компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, между второй перемещающейся линзой и последним неподвижным компонентом введена дополнительная неподвижная линза, перемещение подвижных компонентов происходит в противоположных направлениях и все элементы оптической системы изготовлены из материала одной марки.