СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2015 года по МПК G02B9/60 G02B11/30 

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

Известен объектив модифицированного гауссовского 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 небольшой угол поля зрения 35°. В аналогичном объективе по патенту RU 2315341 C1, опубл. 20.01.2008 г., объектив содержит пять компонентов, первый из которых (по ходу луча) - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий компонент - двухсклеенный мениск, обращенный внешней выпуклой поверхностью к изображению, состоящий из отрицательной и положительной линз, четвертый и пятый компоненты - одиночные положительные линзы; объектив имеет фокусное расстояние 24,95 мм, светосилу 1:1,5 и угол поля зрения 18 град. 20 мин. Расстояние Δ₂ между автоколлимационными точками во втором компоненте, определяемое по формуле, связывающей радиусы r₃ и r₄ линзы и показатель преломления ее материала n₂ (Ельников Н.Т., Дитев А.Ф., Юрусов И.К., Сборка и юстировка оптико-механических приборов. М.: Машиностроение, 1974, с. 114-115), равно:

Δ₂=r₄(r₃-d₃)/[n₂r₄-(n₂-1)(r₃-d₃)]=6,85 мм.

Как видим, расстояние между автоколлимационными точками второго компонента достаточно большое, однако данный объектив имеет небольшие угол поля зрения и относительное отверстие, что не позволяет решить поставленную задачу.

Ближайшим по конструктивному исполнению к предлагаемому является светосильный объектив по патенту RU 2384869 С1, опубл. 20.03.2010 г., состоящий из последовательно расположенных по ходу луча одиночного положительного мениска и одиночного отрицательного мениска, обращенных выпуклостью к предмету, апертурной диафрагмы, двояковогнутой линзы, склеенной с двояковыпуклой линзой, двояковыпуклой одиночной линзы и одиночного положительного мениска. За объективом установлена плоскопараллельная пластина, выполняющая также роль светофильтра для области спектра 0,55-0,95 мкм. Объектив имеет высокое качество изображения и следующие технические характеристики:

фокусное расстояние объектива f′=20,3 мм;

задний фокальный отрезок (без пластины) S′_F′=13,96 мм;

относительное отверстие - 1:1,3;

угловое поле в пространстве предметов - 48°.

В объективе расстояние между автоколлимационными точками отрицательного (второго по ходу луча) мениска равно Δ₂=r₄(r₃-d₃)/[n₂r₄-(n₂-1)(r₃-d₃)]=0,95 мм, что характеризует низкую технологичность изготовления указанного мениска, а также снижает точность сборки и контроля объектива в целом.

Техническим результатом изобретения является повышение технологичности изготовления объектива при сохранении технических характеристик, качества получаемого изображения.

Технический результат 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, в отличие от известного, отрицательный второй мениск выполнен с условиями:

2,5 мм≤r₄(r₃-d₃)/[n₂r₄-(n₂-1)(r₃-d₃)]≤2,7 мм;

1,723≤n₂≤1,734;

27,9≤υ₂≤29,3,

где r₃ и r₄ - радиусы второго мениска;

d₃ - толщина второго мениска;

n₂ - показатель преломления второго по ходу луча мениска;

υ₂ - число Аббе второго по ходу луча мениска.

Выполнение указанных условий, в частности выполнение отрицательного мениска с более крутым радиусом задней поверхности с одновременным уменьшением толщины d₃ и при условии, что показатель преломления второго мениска будет находиться в пределах от 1,723 до 1,734, а число Аббе в пределах от 27,9 до 29,3, позволяет увеличить расстояние между автоколлимационными точками от первой и второй поверхностей отрицательного мениска (2,5 мм≤Δ₂≤2,7 мм), что, в свою очередь, повышает технологичность производства оптических деталей и объектива в целом при сохранении тактико-технических характеристик прототипа.

На чертеже представлена оптическая схема предлагаемого объектива.

Объектив состоит из последовательно расположенных по ходу луча одиночного положительного мениска 1, 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 для двух вариантов исполнения приведены в таблицах 1 и 2.

В объективе выполняются заявленные пределы значений показателя преломления и коэффициента дисперсии отрицательного мениска, а при подстановке в алгебраическую формулу значений r₃, r₄, n₂ расстояние между автоколлимационными точками Δ₂ будет в пределах от 2,5 до 2,7 мм.

Объектив имеет следующие технические характеристики (для двух вариантов исполнения):

фокусное расстояние объектива f=20,4 мм;

задний фокальный отрезок (без пластины) S′_F′=13,6 мм;

относительное отверстие - 1:1,3;

угловое поле в пространстве предметов - 48°.

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 3 сравниваются КПК предложенных вариантов объектива и прототипа.

Таким образом, в предложенных вариантах объектива обеспечено получение технического результата по сравнению с ближайшим аналогом: при высоком относительном отверстии 1:1,3 и увеличенном до 48° угле поля зрения достигается и увеличение расстояния между автоколлимационными точками от первой и второй поверхностей второго (по ходу луча) компонента (2,5 мм≤Δ₂≤2,7 мм), что, в свою очередь, повышает технологичность изготовления оптических деталей и объектива при сохранении высоких (на уровне прототипа) значений КПК.

Светосильный объектив может использоваться 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. Отрицательный мениск выполнен с условиями: 2,5 мм≤r₄(r₃-d₃)/[n₂r₄-(n₂-1)(r₃-d₃)]≤2,7 мм; 1,723≤n₂≤1,734; 27,9≤υ₂≤29,3, где r₃ и r₄ - радиусы отрицательного мениска; d₃ - толщина отрицательного мениска; n₂ - показатель преломления отрицательного мениска; υ₂ - число Аббе отрицательного мениска. Технический результат - повышение технологичности изготовления оптических деталей и объектива в целом при сохранении высокого качества изображения. 1 ил., 3 табл.

Светосильный объектив, включающий 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, отличающийся тем, что отрицательный мениск выполнен с условиями:
2,5 мм≤r₄(r₃-d₃)/[n₂r₄-(n₂-1)(r₃-d₃)]≤2,7 мм;
1,723≤n₂≤1,734;
27,9≤υ₂≤29,3,
где r₃ и r₄ - радиусы отрицательного мениска;
d₃ - толщина отрицательного мениска;
n₂ - показатель преломления отрицательного мениска;
υ₂ - число Аббе отрицательного мениска.