СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2017 года по МПК G02B13/14 G02B9/34 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, работающим в дальнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизионных приборах.

Известен светосильный объектив, описанный в патенте RU №2183340, МПК G02В 13/14, 9/34; опубл. 2002 г., содержащий 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. Данный объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм и все линзы у него выполнены из германия с показателем преломления более 4. При этом фокусное расстояние объектива 51,14 мм, относительное отверстие 1:1,65, угол поля зрения - 18 град, задний фокальный отрезок 45,23 мм. Этот объектив близок по конструкции к заявляемому изобретению, однако имеет малое относительное отверстие.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив, описанный в патенте RU №2348059; МПК G02В 9/34, 13/14, опубл. 27.02.2009 г., состоящий из четырех компонентов по ходу лучей: первого компонента - одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, второго компонента - одиночного отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, третьего компонента - одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и четвертого компонента - одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, кроме того, первый и четвертый компоненты выполнены из германия, все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка и имеют место условия:

|R₂|=|R₅|

|R₃|=|R₆|=|R₈|

|R₅|>|R₆|

где R₂ - радиус второй оптической поверхности;

R₃ - радиус третьей оптической поверхности;

R₅ - радиус пятой оптической поверхности;

R₆ - радиус шестой оптической поверхности;

R₈ - радиус восьмой оптической поверхности.

Данный объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм. Фокусное расстояние объектива 130,03 мм, относительное отверстие 1:1,08, угол поля зрения 5 град 20 мин, задний фокальный отрезок 25,07 мм, но у него малое относительное отверстие.

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

Технический результат - увеличение относительного отверстия при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из четырех по ходу лучей компонентов, первый из которых - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, третий - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, и четвертый компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, кроме того, первый и четвертый компоненты выполнены из германия, все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка и имеют место соотношения

|R₅|>|R₆|

где R₅ - радиус пятой оптической поверхности,

R₆ - радиус шестой оптической поверхности,

отличается тем, что имеют место соотношения

|R₅|≤|R₂|

|R₃|≥|R₈|

где R₂ - радиус второй оптической поверхности,

R₃ - радиус третьей оптической поверхности,

R₈ - радиус восьмой оптической поверхности.

Кроме того, в светосильном объективе |R₃| может быть больше или меньше |R₆|.

На фигуре представлена оптическая схема светосильного объектива.

Светосильный объектив состоит из четырех компонентов по ходу лучей: первого компонента - одиночного положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к изображению, второго компонента - одиночного отрицательного мениска 2, обращенного выпуклостью к изображению, третьего компонента - одиночного положительного мениска 3, обращенного выпуклостью к изображению, и четвертого компонента - одиночного положительного мениска 4, обращенного вогнутостью к изображению. За мениском 4 расположена плоскопараллельная пластина 5, которая может также являться защитным стеклом.

Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив. Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4, плоскопараллельную пластину 5 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).

В соответствии с предложенным решением рассчитаны два варианта выполнения светосильного объектива, исправленные в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.

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

Характеристики рассчитанного объектива по первому варианту выполнения:

фокусное расстояние 130,14 мм относительное отверстие 1:0,978 угол поля зрения 5 град 20 мин задний фокальный отрезок 1,765 мм задний фокальный отрезок без учета плоскопараллельной пластины 46,515 мм входной зрачок совпадает с первой поверхностью

В предлагаемом первом варианте объектива имеют место соотношения:

|R₃|=|R₈|=116,14,

266,7=|R₅|>|R₆|=115,88,

266,7=|R₅|<|R₂|=272,3,

116,14=|R₃|>|R₆|=115,88.

Характеристики рассчитанного объектива по второму варианту выполнения:

фокусное расстояние 130 мм относительное отверстие 1:1 угол поля зрения 5 град 20 мин задний фокальный отрезок 1,027 мм задний фокальный отрезок без учета плоскопараллельной пластины 46,277 мм входной зрачок совпадает с первой поверхностью

В предлагаемом втором варианте объектива имеют место соотношения:

|R₂|=|R₅|=272,3,

272,3=|R₅|>|R₆|=116,41,

116,14=|R₃|<|R₆|=116,41,

116,14=|R₃|>|R₈|=115,35.

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

В табл. 3 приведены аберрации для длины волны 10 мкм предложенных вариантов выполнения светосильного объектива.

Таким образом, в результате предложенных решений по двум вариантам обеспечено получение технического результата: созданы два светосильных объектива по первому и второму вариантам для спектрального диапазона от 8 до 12,5 мкм с увеличенным относительным отверстием при высоком качестве изображения.

Изобретение может быть использовано в объективах, работающих в дальнем ИК-диапазоне. Объектив состоит из четырех компонентов по ходу лучей. Первый - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, третий - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, и четвертый - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Первый и четвертый компоненты выполнены из германия, второй и третий - из селенида цинка. Все оптические поверхности выполнены сферическими. Выполняются соотношения: |R₅|>|R₆|, |R₅|≤|R₂|, |R₃|≥|R₈|, где R₂, R₃, R₅, R₆, R₈ – радиусы, соответственно, второй, третьей, пятой, шестой и восьмой оптических поверхностей. |R₃| может быть больше или меньше |R₆|. Технический результат - увеличение относительного отверстия при высоком качестве изображения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Светосильный объектив, состоящий из четырех по ходу лучей компонентов, первый из которых - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, третий - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, и четвертый компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, кроме того, первый и четвертый компоненты выполнены из германия, все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка и имеют место соотношения

|R₅|>|R₆|,

где R₅ - радиус пятой оптической поверхности,

R₆ - радиус шестой оптической поверхности,

отличающийся тем, что имеют место соотношения

|R₅|≤|R₂|,

|R₃|≥|R₈|,

где R₂ - радиус второй оптической поверхности,

R₃ - радиус третьей оптической поверхности,

R₈ - радиус восьмой оптической поверхности.

2. Светосильный объектив по п. 1, в котором |R₃| больше |R₆|.

3. Светосильный объектив по п. 1, в котором |R₃| меньше |R₆|.