СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2009 года по МПК G02B9/34 G02B13/14 

Описание патента на изобретение RU2358300C1

Предлагаемое 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 по патенту России №2183340; G02B 13/14, 9/34; публ. 2002 г., который содержит четыре компонента по ходу лучей, первый из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - вогнутоплоская линза, обращенная плоскостью к изображению, третий - положительная плосковыпуклая линза, обращенная плоскостью к предмету, и четвертый - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Объектив рассчитан для фокусного расстояния 51,14 мм, относительного отверстия 1:1,65, угла поля зрения 18 град., заднего фокального отрезка 45,23 мм и работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм, все линзы у него выполнены из германия с показателем преломления более 4. По конструкции объектив близок к заявляемому, однако имеет малые фокусное расстояние и относительное отверстие.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив (Россия, свидетельство на полезную модель №26664; G02B 13/14, 9/34, 9/56, 3/02, публ. 2002 г.), содержащий четыре компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, третий и четвертый - положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету. Вторая, вогнутая, поверхность первого мениска выполнена асферической, и имеют место соотношения:

|R5|<|R6|,

d3≤0,01R5,

где: R5, R6 - радиусы кривизны пятой и шестой оптических поверхностей соответственно;

d3 - толщина третьего компонента.

Кроме того, отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,00323, и имеет место равенство:

R5/R6=0,1192.

Объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм, все линзы выполнены из германия с показателем преломления более 4, и рассчитан для фокусного расстояния объектива - 62 мм, относительного отверстия - 1:2, угла поля зрения - 16 град., заднего фокального отрезка - 52,78 мм.

По конструкции объектив близок к заявляемому, однако имеет малые фокусное расстояние и относительное отверстие, а также недостаточную технологичность, так как содержит асферическую оптическую поверхность, а изготовление асферической поверхности более трудоемко, чем сферической; кроме того, все радиусы кривизны линз различны, что не позволяет производить унификацию эталонных пробных стекол при изготовлении объектива.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - повышение технологичности, увеличение фокусного расстояния и относительного отверстия при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из последовательно расположенных по ходу лучей одиночных линз, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, третья - мениск и четвертая - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, при этом первая, третья и четвертая линзы выполнены из германия, и отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива составляет от 0 до 0,05 в отличие от известного, третья линза - мениск, обращенный выпуклостью к изображению, оптические поверхности всех линз выполнены сферическими, показатель преломления материала второй линзы более 1,25 и менее 3,9, кроме того, имеет место условие:

R7=R8

0,8<R5/R6<0,96,

где R5, R6, R7, R8 - радиусы кривизны пятой, шестой, седьмой и восьмой оптических поверхностей.

Кроме того, может иметь место равенство:

|R5|=R8;

и третья линза может быть выполнена в виде отрицательного или положительного мениска.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива.

Светосильный объектив состоит из четырех одиночных линз по ходу лучей: первая из которых - положительный мениск 1, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск 2, обращенный вогнутостью к предмету, третья - мениск 3, обращенный выпуклостью к изображению, и четвертая - положительный мениск 4, обращенный выпуклостью к предмету. За мениском 4 может быть расположена одна или несколько плоскопараллельных пластин. Линза 3 может быть как положительной, так и отрицательной.

Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).

В соответствии с предложенным решением рассчитаны три конкретных варианта выполнения светосильного объектива, исправленные в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм. В первом и во втором вариантах выполнения светосильного объектива третья линза - мениск выполнена отрицательной, а в третьем - положительной.

Конструктивные параметры объектива по первому варианту выполнения приведены в табл.1.

Объектив рассчитан для фокусного расстояния объектива - 102,14 мм, относительного отверстия - 1:1,46, угла поля зрения - 11 град. 12 мин, заднего фокального отрезка - 14,16 мм, при этом апертурная диафрагма расположена за линзой 2 на расстоянии 28,6 мм.

В первом предлагаемом варианте выполнения изобретения имеют место равенства:

R7=R8

R5/R6=0,9355

|R5|=R8

f'3=-2710,14 мм,

где: R5, R6, R7, R8 - радиусы кривизны соответственно пятой, шестой, седьмой и восьмой оптических поверхностей;

f'3 - фокусное расстояние третьего компонента объектива для длины волны 10 мкм.

Кроме того, показатель преломления материала второго компонента для длины волны 10 мкм равен 2,4067, и отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,00245.

Таблица 1 Радиусы, мм Толщины, мм Материал Показатель преломления для λ=10 мкм Световой диаметр, мм R1=102,57 70 d1=5,8 Ge 4,0024 R2=139,96 68 d2=12 1 R5=-438,5 63,6 d3=5,4 ZnSe 2,4067 R4=-523,6 62,7 d4=83 1 R5=-27,54 28 d5=2,4 Ge 4,0024 R6=-29,44 29,7 d6=0,25 1 R7=27,54 28 d7=3,1 Ge 4,0024 R8=27,54 25,8

Конструктивные параметры объектива по второму варианту выполнения приведены в табл. 2.

Объектив рассчитан для фокусного расстояния объектива - 129,78 мм, относительного отверстия - 1:1,44, угла поля зрения - 8 град. 51 мин, заднего фокального отрезка - 18,29 мм, при этом апертурная диафрагма расположена за линзой 2 на расстоянии 36,8 мм.

Таблица 2 Радиусы, мм Толщины, мм Материал Показатель преломления для λ=10 мкм Световой диаметр, мм R1=131,83 90 d1=7,5 Ge 4,0024 R2=180,3 87,4 d2=14 1 R3=-564,9 82,7 d3=7 ZnSe 2,4067 R4=-669,9 81,4 d4=106,8 R5=-35,48 33,2 d5=3 Ge 4,0024 R6=-37,84 35,2 d6=0,3 1 R7=35,48 32,3 d7=4 Ge 4,0024 R8=35,48 29,5

Во втором варианте выполнения изобретения имеют место равенства:

R7=R8

R5/R6=0,9376

|R5|=R8

f'3=-4081,87 мм.

Кроме того, показатель преломления материала второго компонента для длины волны 10 мкм равен 2,4067, и отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,00231.

Конструктивные параметры объектива по третьему варианту выполнения приведены в табл.3.

Объектив рассчитан для фокусного расстояния объектива - 175,12 мм, относительного отверстия - 1:1,46, угла поля зрения - 6 град. 41 мин, заднего фокального отрезка - 25,24 мм, при этом апертурная диафрагма расположена за линзой 2 на расстоянии 49 мм.

Таблица 3 Радиусы, мм Толщины, мм Материал Показатель преломления для λ=10 мкм Световой диаметр, мм R1=190,99 120 d1=9 Ge 4,0024 R2=266,7 117,3 d2=28,7 1 R3=-550,8 106,8 d3=9 ZnSe 2,4067 R4=-620,9 105,9 d4=142,5 1 R5=-55,59 36,5 d5=4,8 Ge 4,0024 R6=-58,61 38,5 d6=0,3 1 R7=43,25 36 d7=4,8 Ge 4,0024 R8=43,25 32,9

В третьем варианте выполнения изобретения имеют место равенства:

R7=R8

R5/R6=0,94

f'3=1868,67 мм.

Кроме того, показатель преломления материала второго компонента для длины волны 10 мкм равен 2,4067, отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,0017.

В табл.4 приведены аберрации для длины волны 10 мкм предложенного светосильного объектива по трем рассчитанным вариантам.

В первом и втором вариантах выполнения объектива фокусное расстояние третьей линзы - отрицательное, а в третьем варианте - положительное. Известна формула для фокусного расстояния одиночной линзы конечной толщины, в которой фокусное расстояние является функцией от радиусов кривизны оптических поверхностей, показателя преломления и толщины линзы. В предлагаемом объективе третья линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, причем |R5|<|R6|. При этом при определенных значениях радиусов кривизны оптических поверхностей, показателя преломления и толщины линза может быть как отрицательной, так и положительной.

Предложенный объектив содержит только сферические оптические поверхности, и имеется равенство по модулю радиусов сферических оптических поверхностей на две или три поверхности, что обеспечивает его более высокую технологичность. Кроме того, предложенный объектив имеет фокусное расстояние не менее 102 мм, относительное отверстие не менее 1:1,46 и высокое качество изображения, что следует из табл.4.

Таблица 4 Значение аберраций объективов Вид аберрации по первому варианту выполнения, не более по второму варианту выполнения, не более по третьему варианту выполнения, не более Относительное отверстие 1:1,46 1:1,44 1:1,46 Поле зрения 2W 11 град. 12 мин 8 град. 51 мин 6 град. 41 мин Поперечная сферическая аберрация для точки на оси 0,0095 мм 0,0146 мм 0,015 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении 0,065 мм 0,0233 мм 0,029 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении 0,031 мм 0,012 мм 0,0175 мм Меридиональный астигматический отрезок X'м 0,148 мм 0,0096 мм -0,0098 мм Сагиттальный астигматический отрезок X's 0,0287 мм -0,0075 мм -0,0193 мм Дисторсия -0,22% -0,15% - 0,2%

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив для спектрального диапазона от 8 до 12,5 мкм с повышенной технологичностью и увеличенным фокусным расстоянием и относительным отверстием при высоком качестве изображения.

Похожие патенты RU2358300C1

название год авторы номер документа
СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ 2009
  • Щеглов Сергей Иванович
  • Зубок Светлана Николаевна
  • Егоров Евгений Владимирович
RU2411555C1
СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ 2008
  • Щеглов Сергей Иванович
  • Зарубин Владимир Петрович
  • Зубок Светлана Николаевна
RU2386155C1
СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ 2008
  • Щеглов Сергей Иванович
  • Зубок Светлана Николаевна
RU2359293C1
СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ 2007
  • Зубок Светлана Николаевна
  • Щеглов Сергей Иванович
RU2348059C1
СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ 2015
  • Щеглов Сергей Иванович
RU2586273C1
СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ 2015
  • Щеглов Сергей Иванович
RU2611100C1
СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ 2016
  • Щеглов Сергей Иванович
  • Зубок Светлана Николаевна
RU2630194C1
СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ 2019
  • Щеглов Сергей Иванович
  • Зубок Светлана Николаевна
RU2726280C1
СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ 2010
  • Бышкин Сергей Борисович
  • Щеглов Сергей Иванович
  • Зубок Светлана Николаевна
RU2445659C1
СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ ДЛЯ БЛИЖНЕЙ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА 2006
  • Белеванцев Константин Анатольевич
  • Щеглов Сергей Иванович
  • Зубок Светлана Николаевна
RU2315341C1

Реферат патента 2009 года СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ

Изобретение относится к объективам, работающим в среднем и дальнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизионных приборах. Объектив состоит из последовательно расположенных по ходу лучей четырех одиночных линз: положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету. Первая, третья и четвертая линзы выполнены из германия, и отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива составляет от 0 до 0,05. Показатель преломления материала второй линзы более 1,25 и менее 3,9. Выполняются соотношения: R7=R8; 0,8<R5/R6<0,96; где: R5, R6, R7, R8 - радиусы кривизны пятой, шестой, седьмой и восьмой оптических поверхностей. Технический результат - повышение технологичности и увеличение фокусного расстояния и относительного отверстия при высоком качестве изображения. 3 з.п. ф-лы, 4 табл., 1 ил.

Формула изобретения RU 2 358 300 C1

1. Светосильный объектив, состоящий из последовательно расположенных по ходу лучей одиночных линз, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, третья - мениск и четвертая - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, при этом первая, третья и четвертая линзы выполнены из германия, и отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива составляет от 0 до 0,05, отличающийся тем, что третья линза - мениск, обращенный выпуклостью к изображению, оптические поверхности всех линз выполнены сферическими, показатель преломления материала второй линзы более 1,25 и менее 3,9, кроме того, имеют место условия
R7=R8,
0,8<R5/R6<0,96,
где R5, R6, R7, R8 - радиусы кривизны пятой, шестой, седьмой и восьмой оптических поверхностей.

2. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что имеет место равенство
|R5|=R8.

3. Светосильный объектив по п.1 или 2, отличающийся тем, что третья линза выполнена в виде отрицательного мениска.

4. Светосильный объектив по п.1 или 2, отличающийся тем, что третья линза выполнена в виде положительного мениска.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2358300C1

Механизм часового боя 1929
  • Шапиро А.А.
SU26664A1
Способ улавливания самородков золота и платины из россыпных месторождений 1939
  • Торопчинов В.М.
  • Торопчинов П.М.
SU66557A1
ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ ДЛЯ ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА 1992
  • Кельдиватов А.Ф.
  • Назмеев М.М.
  • Циглер Л.Д.
RU2050566C1
JP 2005062559 A, 10.03.2005
JP 7072385 A, 17.03.1995.

RU 2 358 300 C1

Авторы

Слободянюк Василий Сергеевич

Щеглов Сергей Иванович

Зубок Светлана Николаевна

Дрягин Сергей Геннадьевич

Даты

2009-06-10Публикация

2007-12-21Подача