СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2010 года по МПК G02B9/60 

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в приборах ночного видения.

Известен объектив модифицированного гаусовского типа (патент DD 245059, кл. G02B 9/62, опубл. 1987 г.), содержащий расположенные по ходу луча положительный мениск, компонент, склеенный из двух менисков, обращенных вогнутостью к диафрагме, компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

Объектив имеет светосилу 1:1,4 и угол поля зрения 35°. В аналогичном объективе по патенту RU 2315341 С1, опубл. 20.01.2008 г., второй компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, а пятый компонент - в виде выпукло-плоской линзы; объектив имеет светосилу 1:1,5 и угол поля зрения 18 град. 20 мин.

Ближайшим к предлагаемому изобретению по оптической схеме и достигаемому результату является светосильный объектив (DE 41 02377 А1, опубл. 1991 г.), включающий расположенные по ходу луча положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью в сторону предмета, апертурную диафрагму и светофильтр, положительный компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом выполняются условия:

; ;

; ; ,

где f' - фокусное расстояние объектива;

r₃ и r₄ - радиусы второго мениска;

r₇ и r₉ - радиусы передней и задней поверхности третьего (склеенного) компонента;

d₂ - толщина второго мениска;

n₄, n₅, n₆, n₇ - показатели преломления соответствующего элемента;

υ₅, υ₆, υ₇ - число Аббе соответствующего элемента (трех задних линз).

Однако и у этого объектива относительно невысокая светосила, равная 1:1,4, и угол поля зрения - 2ω=40°.

Задачей изобретения является создание светосильного объектива с повышенными относительным отверстием и углом поля зрения при хорошем качестве изображения.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе, включающем расположенные по ходу луча положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью в сторону предмета, апертурную диафрагму, компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению при выполнении условий:

в отличие от известного, двусклеенный компонент выполнен отрицательным и дополнительно введены условия:

,

где f' - фокусное расстояние объектива;

r_i - радиус соответствующей поверхности элемента;

d₃ - толщина второго мениска;

n_i - показатель преломления соответствующего элемента;

υ_i - число Аббе соответствующего элемента.

Так как оптические схемы объектива и его прототипа различны, немного изменилась нумерация конструктивных элементов. Так, d₃ объектива соответствует d₂ прототипа, a r₇ и r₅ объектива соответствует r₉ и r₇ прототипа.

Выполнение указанных условий, в частности выполнение двусклеенного компонента отрицательным и с более крутым радиусом задней поверхности при превышении показателя преломления передней линзы на более чем 0,03, позволяет увеличить угол поля зрения с 40° до 48° и относительное отверстие с 1:1,4 до 1:1,3.

На чертеже представлена оптическая схема предлагаемого объектива.

Объектив состоит из последовательно расположенных по ходу луча одиночного положительного мениска 1 и одиночного отрицательного мениска 2, обращенных выпуклостью к предмету, апертурной диафрагмы 3, двояковогнутой линзы 4, склеенной с двояковыпуклой линзой 5, двояковыпуклой одиночной линзы 6 и одиночного положительного мениска 7. Двусклеенный компонент в целом является отрицательным. За объективом установлена плоскопараллельная пластина 8, выполняющая также роль светофильтра для области спектра 0,55-0,95 мкм.

Предложенная оптическая схема работает как объектив. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 4, 5, 6, 7, светофильтр 8 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения.

Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 1:

Таблица 1 Радиус, мм Толщина, мм Марка стекла Показ. прел. n_e Коэфф. дисп. υ_е Диаметр линзы, мм r₁ = 19,815 d₁ = 3,5 БФ-16 1,67438 47,00 21 r₂ = 57,02 d₂ = 1,17       21 r₃ = 12,531 d₃ = 4,91 ТФ5 1,76171 27,32 15 r₄ = 7,112 d₄ = 8,21       10 r₅ = -7,586 d₅ = 0,83 ТФ5 1,76171 27,32 9,8 r₆ = 25,94 d₆ = 4,06 СТК3 1,66224 57,09 12,9 r₇ = -10,593 d₇ = 0,1       12,9 r₈ = 159,96 d₈ = 4 СТК3 1,66224 57,09 16,2 r₉ = -15,417 d₉ = 1,37       18,0 r₁₀ = 17,947 d₁₀ = 3,5 СТК3 1,66224 57,09 20,8 r₁₁ = 48,19                     20,8

В объективе выполнены следующие условия:

r₃-r₄-d₃=0,509, что при f'=20,3 мм находится в пределах 0,02 f'…0,05 f', заявленных в прототипе;

, т.е. больше 51, как и в прототипе;

r₇:r₅=10,593:7,586=1,39, т.е. больше 1,3, заявленных в прототипе;

n₄-n₅=1,76171-1,66224=0,1, т.е. больше 0,03 (у прототипа 0,027);

, т.е. меньше 1,73, заявленных в прототипе.

Объектив имеет следующие технические характеристики:

- фокусное расстояние 20,3 - относительное отверстие 1:1,3 - угол поля зрения 48° - задний отрезок (без пластины) 13,96 мм

Объектив предназначен для работы в ночных приборах. Он дает изображение объектов на фотокатоде ЭОПа. Объектив рассчитан совместно с защитной плоскопараллельной пластиной 8 ЭОПа, выполняющей также роль светофильтра в области спектра 0,55-0,95 мкм и расположенной около фокальной плоскости объектива.

Качество изображения объектива характеризуется его коэффициентами передачи контраста (КПК). В таблице 2 сравниваются КПК (К) предложенного объектива и прототипа:

Таблица 2 КПК Объектив Прототип   N=20 лин/мм N=50 лин/мм N=20 лин/мм N=50 лин/мм 1. Для точки на оси 0,816 0,628 0,835 0,451 2. Для зоны поля         ω₁=11°40'         - меридиональное 0,690 0,398 0,560 0,288 - сагитальное 0,760 0,602 0,654 0,334 сечение         3. Для зоны поля         ω₁=20°         - меридиональное 0,713 0,247 0,291 0,105 - сагитальное 0,628 0,180 0,647 0,220 сечение         4. Для края поля         ω₁=24°         - меридиональное 0,590 0,140 0,031 0,006 - сагитальное 0,694 0,217 0,450 0,144 сечение        

Таким образом, в предложенном объективе обеспечено получение технического результата: при повышенном относительном отверстии 1:1,3 и увеличенном до 48° угле поля зрения достигается и высокое качество изображения.

Светосильный объектив может быть использован в приборах ночного видения. Объектив содержит расположенные по ходу луча положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью в сторону предмета, апертурную диафрагму, отрицательный компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Фокусное расстояние объектива, радиусы некоторых поверхностей, толщина второго мениска, число Аббе и показатели преломления трех последних элементов связаны соотношениями, указанными в формуле изобретения. Технический результат - увеличение относительного отверстия и угла поля зрения при хорошем качестве изображения. 2 табл., 1 ил.

Светосильный объектив, включающий расположенные по ходу луча положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью в сторону предмета, апертурную диафрагму, компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при выполнении условий

отличающийся тем, что двусклеенный компонент выполнен отрицательным и дополнительно выполняются условия



где f' - фокусное расстояние объектива;
r_i - радиус соответствующей поверхности элемента;
d₃ - толщина второго мениска;
n_i - показатель преломления соответствующего элемента;
υ_i - число Аббе соответствующего элемента.