Объектив Российский патент 2017 года по МПК G02B9/60 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве приемного объектива в оптико-электронных приборах, формирующих изображения объектов земной поверхности через реальную атмосферу и работающих с фотоприемными устройствами коротковолнового ИК-диапазона в аппаратуре различного назначения, например в космической аппаратуре.

Известен объектив апохромат для наблюдения и фотографирования, состоящий их шести линз (С.А. Веселков, Е.Г. Лапухин. Новые светосильные объективы-апохроматы для астрономических исследований. Вестник СибГАУ. №3(49), 2013 г., с. 17-21, рис. 1) с фокусным расстоянием , относительным отверстием 1:3, линейным полем зрения 52 мм, с хорошим исправлением всех аберраций. Объектив состоит из 6 линз, скомпонованных в два компонента - трехлинзовый объектив и трехлинзовый корректор поля, которые содержат линзы 1 и 4 - двояковыпуклые, линзы 2 и 6 - двояковогнутые, линзу 3 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, линзу 5 - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению.

Недостатком этого объектива является недостаточное линейное поле зрения (52 мм) и обеспечение коррекции в видимом диапазоне длин волн (0,486-0,656 мкм).

Наиболее близким по технической сущности является объектив (патент RU 2451312 С1, опубл. 20.05.2012) с фокусным расстоянием , относительным отверстием 1:3, линейным полем зрения 16 мм, с хорошим исправлением всех аберраций в ИК-диапазоне длин волн (620-850 нм), состоящий из двух компонентов, разделенных воздушным промежутком, первый из которых по ходу лучей содержит положительную двояковыпуклую линзу, отрицательную двояковогнутую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, склеенного из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательной двояковогнутой линзы.

Апертурная диафрагма расположена между компонентами.

Недостатком этого объектива является недостаточное линейное поле зрения (16 мм для углового поля зрения 2W=3°), а также наличие склеенного компонента, что снижает устойчивость к воздействию внешних температур.

Задачей настоящего изобретения является увеличение поля зрения с сохранением приемлемого качества изображения в коротковолновом ИК-диапазоне в расширенном температурном интервале.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в объективе, состоящем из двух компонентов, разделенных воздушным промежутком, первый из которых содержит положительную линзу, второй компонент содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, отличающийся тем, что содержит апертурную диафрагму, расположенную перед первой линзой первого компонента, первый компонент выполнен из двух линз, первая линза которого выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а вторая - в виде плосковыпуклой положительной линзы, обращенной выпуклостью к предмету, первая линза второго компонента выполнена в виде одиночного отрицательного мениска и второй компонент дополнен двояковыпуклой положительной линзой и отрицательным мениском, обращенным вогнутостью к изображению, а двояковыпуклая положительная линза второго компонента имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, а в объективе имеет место соотношение:

где - величина перемещения по оптической оси второй положительной линзы второго компонента;

- фокусное расстояние объектива.

Схема объектива показана на чертеже.

Объектив состоит по ходу лучей из выпукловогнутой линзы 1, обращенной выпуклостью к предмету, плосковыпуклой линзы 2, выпукловогнутой линзы 3, двояковыпуклой линзы 4, выпукловогнутой линзы 5, обращенной вогнутостью к изображению и плоскопараллельной пластины 6. При этом линза 4 имеет возможность перемещения вдоль оптической оси.

Апертурная диафрагма расположена перед линзой 1.

Конструктивные данные объектива приведены в таблице 1.

При перемещении линзы 4 вдоль оптической оси на величину ±0.36 мм осуществляется термокомпенсация положения плоскости наилучшей установки в диапазоне температур от +5 до +35°C.

Таким образом, параметры вариантов исполнения объектива:

расчетная длина волны 1,6 мкм рабочий спектральный диапазон 1,5…1,7 мкм фокусное расстояние 40 мм линейное поле зрения 64,0 мм относительное отверстие 1:3,3 дисторсия 2,5% задний фокальный отрезок 55,416 мм длина по оптической оси 570,7 мм масса оптических деталей 2,36 кг

Принцип действия объектива заключается в следующем.

Объектив работает следующим образом.

Световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в бесконечности, проходит через широкоугольный объектив и изображается в плоскости наилучшей установки, в которой находится фотоприемное устройство (не показано), цифровой сигнал с которого формирует изображение.

Вторая линза 4 второго компонента установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси, которое позволяет компенсировать температурный увод плоскости наилучшей установки.

Величина перемещения второй линзы 4 второго компонента, достаточная для термокомпенсации смещения ПНУ в диапазоне температур от +5 до +35°C, равна 0,36 мм, что не превышает величину:

В оптическом расчете учтена толщина защитного стекла 6 фотоприемника.

Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая:

- толщину защитного стекла фотоприемника, равную 2,0 мм;

- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропуекания объектива, равную;

1,50 мкм - 0,7;

1,55 мкм - 0,9;

1,60 мкм - 1,0;

1.65 мкм - 1,0;

1,70 мкм - 0,7;

- пространственную частоту 40 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника с размером чувствительного элемента, равным 12,5 мкм), получаем следующие расчетные значения качественных характеристик объектива:

для точки на оси (дифракционное качество) КПК=73,0% для точки на оси (аберрационное качество) КПК=62,0% для точки поля 24 мм КПК_М=65,5% КПК_С=54,5% для точки поля 32 мм КПК_М=62,0% КПК_С=61,5%

Как видно из расчетов, объектив, при простоте его конструкции, обеспечивает высокую светосилу (1:3,3), большое линейное поле зрения (64 мм) и приемлемое качества изображения для оптико-электронных приборов, использующих в качестве фотоприемников линейки матрицы с размером пикселя до 12,5 мкм.

Объектив может быть использован в оптико-электронных приборах, формирующих изображения объектов земной поверхности через реальную атмосферу в коротковолновом ИК-диапазоне. Объектив содержит два компонента. Первый компонент содержит отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, и плосковыпуклую линзу, обращенную выпуклостью к предмету. Второй компонент содержит одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, и дополнен двояковыпуклой линзой и отрицательным мениском, обращенным вогнутостью к изображению. Двояковыпуклая линза второго компонента имеет возможность перемещения вдоль оптической оси. Технический результат - увеличение поля зрения с сохранением приемлемого качества изображения в коротковолновом ИК-диапазоне в расширенном температурном интервале. 1 ил., 1 табл.

Объектив, состоящий из двух компонентов, разделенных воздушным промежутком, первый из которых содержит положительную линзу, второй компонент содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, отличающийся тем, что содержит апертурную диафрагму, расположенную перед первой линзой первого компонента, первый компонент выполнен из двух линз, первая линза которого выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а вторая - в виде плосковыпуклой положительной линзы, обращенной выпуклостью к предмету, первая линза второго компонента выполнена в виде одиночного отрицательного мениска и второй компонент дополнен двояковыпуклой положительной линзой и отрицательным мениском, обращенным вогнутостью к изображению, а двояковыпуклая положительная линза второго компонента имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, а в объективе имеет место соотношение:

где - величина перемещения по оптической оси второй положительной линзы второго компонента;

- фокусное расстояние объектива.