СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2016 года по МПК G02B9/16 G02B11/08 

Предлагаемое техническое решение относится к оптическому приборостроению, а именно к линзовым светосильным объективам для средней и дальней инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в тепловизионных приборах.

Известны светосильные объективы для ИК области спектра, содержащие три линзы, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая линза - отрицательная, третья - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению (патенты США №4427259, №5251063 и патент Японии №62109014).

Объективы, представленные в патентах США №4427259 и №5251063, имеют недостаточно высокую светосилу. В наиболее светосильных вариантах объектива из патента №5251063 светосила не превышает 1:1,2 при угловом поле зрения 10°.

Объектив, представленный в патенте Японии №62109014, имеет высокую светосилу. Однако толщина второй линзы из германия составляет величину, равную 0,5 от фокусного расстояния объектива, что делает данную оптическую схему пригодной лишь для короткофокусных объективов, т.к. с увеличением фокусного расстояния габаритные размеры, масса и стоимость этой линзы становятся неприемлемо большими, а пропускание объектива низким.

Наиболее близким по технической сущности является объектив для ИК области спектра, описанный в патенте США №4427259. Объектив содержит три линзы. Первая линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Вторая - отрицательная линза. Третья линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Объектив имеет относительное отверстие 1:1,39, угловое поле зрения 6,34°и работает в области спектра 3,3-4,2 мкм.

Недостатком объектива являются недостаточно высокие светосила и поле зрения.

Задачей заявляемого технического решения является создание светосильного трехлинзового объектива с высоким качеством изображения для средней и дальней ИК области спектра.

Эта цель достигается созданием светосильного объектива, содержащего три линзы, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая линза - отрицательная, третья линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, в котором в отличие от известного для третьей линзы выполняется соотношение

где: f - фокусное расстояние объектива,

n - показатель преломления материала третьей линзы,

r₅ - радиус кривизны первой поверхности третьей линзы,

r₆ - радиус кривизны второй поверхности третьей линзы,

d₅ - толщина по оси третьей линзы,

а величина радиуса кривизны первой поверхности второй отрицательной линзы r₃ удовлетворяет соотношению , причем расстояние между первой и второй линзами больше 0,15f.

Кроме того,

- три линзы выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления больше 3,3,

- первая и третья линзы выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления больше 3,3,

- по крайней мере одна из поверхностей выполнена асферической,

- на одной из поверхностей нанесен киноформный элемент,

- одна из поверхностей выполнена асферической и на одной из поверхностей нанесен киноформный элемент,

- третья линза имеет возможность перемещения вдоль оптической оси.

На фиг. 1 представлена оптическая схема предложенного светосильного объектива.

Светосильный объектив состоит из трех линз 1, 2, 3. Первая линза 1 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Вторая линза 2 - отрицательная, у которой величина радиуса кривизны первой поверхности r₃ удовлетворяет соотношению ,

где: f - фокусное расстояние объектива.

Третья линза 3 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, для которого выполняется соотношение

где: f - фокусное расстояние объектива,

n - показатель преломления материала третьей линзы,

r₅ - радиус кривизны первой поверхности третьей линзы,

r₆ - радиус кривизны второй поверхности третьей линзы,

d₅ - толщина по оси третьей линзы.

Расстояние между первой и второй линзами больше 0,15f.

Входным зрачком объектива является апертурная диафрагма, находящаяся на первой поверхности линзы 1.

Объектив работает следующим образом. Лучистый поток от объекта через входной зрачок входит в объектив, проходит последовательно линзу 1, линзу 2, линзу 3 и строит изображение объекта в плоскости изображения.

Конструктивные параметры некоторых вариантов объектива, полученные в соответствии с предложенным решением, приведены в таблицах 1-9.

Оптические характеристики объектива для вариантов, представленных в табл. 1-7:

- фокусное расстояние - 100 мм;

- относительное отверстие - 1:1;

- угловое поле зрения - 13°;

- спектральный диапазон - 8-14 мкм.

Оптические характеристики объектива для вариантов, представленных в табл. 8, 9:

- фокусное расстояние - 100 мм;

- относительное отверстие - 1:1;

- угловое поле зрения - 13°;

- спектральный диапазон - 3-5 мкм.

Таким образом, техническим результатом заявляемого решения является создание светосильного объектива для средней и дальней ИК области спектра с относительным отверстием 1:1, угловым полем зрения 13° и высоким качеством изображения.

Объектив содержит три линзы. Первая линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Вторая линза - отрицательная, у которой величина радиуса кривизны первой поверхности r₃ удовлетворяет соотношению . Третья линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, для которого выполняется соотношение , где: f' - фокусное расстояние объектива, n - показатель преломления материала третьей линзы, r₅ - радиус кривизны первой поверхности третьей линзы, r₆ - радиус кривизны второй поверхности третьей линзы, d₅ - толщина по оси третьей линзы. Расстояние между первой и второй линзами больше 0,15f'. Технический результат - высокое качество изображения ля средней и дальней ИК области спектра. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 16 табл.

1. Светосильный объектив, содержащий три линзы, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая линза - отрицательная, третья линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, отличающийся тем, что для третьей линзы, выполненной в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, выполняется соотношение
где: f′ - фокусное расстояние объектива,
n - показатель преломления материала третьей линзы,
r₅ - радиус кривизны первой поверхности третьей линзы,
r₆ - радиус кривизны второй поверхности третьей линзы,
d₅ - толщина по оси третьей линзы,
а величина радиуса кривизны первой поверхности второй отрицательной линзы r₃ удовлетворяет соотношению причем расстояние между первой и второй линзами больше 0,15f′.

2. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что все три линзы выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления больше 3,3.

3. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что первая и третья линзы выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления больше 3,3.

4. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна из поверхностей выполнена асферической.

5. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что на одной из поверхностей нанесен киноформный элемент.

6. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что одна из поверхностей выполнена асферической и на одной из поверхностей нанесен киноформный элемент.

7. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что третья линза имеет возможность перемещения вдоль оптической оси.