Инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой Российский патент 2020 года по МПК G02B13/14 G02B15/14 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, предназначено для работы с охлаждаемым матричным приемником лучистой энергии и может быть использовано в качестве объектива тепловизора.

Известны инфракрасные объективы с двумя полями зрения и вынесенной диафрагмой и инфракрасная система, описанные в патентах RU №2400784, МКП G02B 13/14, опубл. 27.09.2010 г., RU №2510059, МКП G02B 13/14, опубл. 20.03.2014 г., и полезной модели RU №166689, МКП G02B 13/14, опубл. 10.12.2016 г. Объективы и инфракрасная система позволяют изменять размер поля зрения в три раза и обладают высоким качеством изображения, но имеют большое количество линз.

Известен инфракрасный объектив с двумя полями зрения, описанный в патенте RU №2541420, МПК G02B 13/14, опубл. 10.02.2015 г. Объектив содержит 5 линз, обладает высокой светосилой и позволяет изменять размер поля зрения в три раза. К недостаткам этого объектива следует отнести то, что он не имеет вынесенной апертурной диафрагмы, что ограничивает его использование с охлаждаемыми тепловизионными приемниками, а также то, что в его схеме использованы два компонента с асферическими и два компонента с асферо-дифракционными поверхностями, что делает схему технически сложной и дорогостоящей в производстве.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является инфракрасный объектив с двумя полями зрения, описанный в патенте RU №2630195, МПК G02B 13/02, опубл. 05.09.2017 г. Телеобъектив содержит по ходу луча четыре компонента. Первый - неподвижный, содержащий положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, и одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов. Вторая поверхность первого мениска и первая поверхность второго мениска асферические. Второй - подвижная двояковогнутая линза, вторая поверхность которой асферическая. Третий - неподвижный положительный компонент, содержащий положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которого асферическая, и отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, первая поверхность которого выполнена асферической. Четвертый - неподвижная одиночная положительная выпукло-вогнутая линза, обращенная выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которой асферо-дифракционная. Объектив позволяет изменять размер поля в три раза, имеет вынесенную апертурную диафрагму и обладает высоким качеством изображения. Но данный объектив является технически сложным - из шести линз пять имеют асферические поверхности, а одна асферо-дифракционную, что осложняет его производство.

Задача изобретения - создание инфракрасного объектива с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой с повышенной технологичностью при сохранении качественных характеристик.

Технический результат - уменьшение количества асферических поверхностей при сохранении количества оптических элементов, а так же сохранении кратности изменения поля зрения и высокого качества изображения.

Это достигается тем, что в инфракрасном объективе с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой, состоящем по ходу луча из четырех компонентов, первый из которых неподвижный положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, второй подвижный отрицательный, выполнен из двояковогнутой линзы, третий неподвижный положительный, включающий положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, и отрицательный мениск, и четвертый неподвижный положительный компонент, включающий одиночную положительную выпукло-вогнутую линзу, обращенную выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которой асферо-дифракционная, в отличие от известного, первый компонент - одиночная линза, в третьем компоненте отрицательный мениск обращен выпуклостью к пространству изображений и введена двояковыпуклая линза, установленная по ходу луча за отрицательным мениском, кроме того, все поверхности линз первого, второго и третьего компонентов выполнены сферическими.

На фиг. 1 представлена оптическая схема предложенного объектива с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой, соответствующая узкому полю зрения,

на фиг. 2 - оптическая схема, соответствующая широкому полю зрения,

на фиг. 3 - графики функции передачи модуляции, соответствующие узкому полю зрения,

на фиг. 4 - графики функции передачи модуляции, соответствующие широкому полю зрения,

на фиг. 5 - графики функции концентрации энергии, соответствующие узкому полю зрения,

на фиг. 6 - графики функции концентрации энергии, соответствующие широкому полю зрения,

на фиг. 7 - графики астигматизма и дисторсии, соответствующие узкому полю зрения,

на фиг. 8 - графики астигматизма и дисторсии, соответствующие широкому полю зрения.

Объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой (фиг. 1, фиг. 2) состоит по ходу лучей из четырех компонентов. Первый неподвижный компонент состоит из одиночного положительного мениска 1, обращенного выпуклостью к плоскости предметов. Второй подвижный отрицательный компонент состоит из двояковогнутой линзы 2 и имеет два фиксированных положения между первым и третьим фиг. 2). Третий неподвижный положительный компонент состоит из расположенных по ходу луча положительного мениска 3, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, отрицательного мениска 4, обращенного выпуклостью к плоскости изображений, и двояковыпуклой линзы 5. Четвертый неподвижный положительный компонент состоит из выпукло-вогнутой линзы 6, обращенной выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которой асферо-дифракционная. Между третьим и четвертым компонентами имеется промежуточное изображение.

Объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой работает следующим образом: световой поток, исходящий из бесконечно удаленной точки предмета, проходит через линзы 1-6 объектива, входное окно 7, фильтр 8 приемного устройства и образует изображение предмета в фокальной плоскости объектива. Смена полей зрения (фокусного расстояния) осуществляется перемещением линзы 2 вдоль оптической оси.

В соответствии с предложенным решением рассчитан объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице 1.

Характеристики объектива:

Фокусное расстояние, мм -183,2/-61,2 Относительное отверстие 1:4 Линейное поле в пространстве изображений (2у'×2х'), мм² 7,68×9,6 Спектральный диапазон, мкм 3,7-4,85 Длина от первой поверхности до плоскости изображения, мм 301,4

Через «/» указаны значения, соответственно, для узкого и широкого полей зрения.

На фигурах 3, 4, 5, 6, 7, 8 приведены графики, иллюстрирующие качество изображения, формируемого объективом.

Инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой позволяет изменять размер поля в три раза, имеет высокое качество изображения и все поверхности, кроме одной, сферические.

Таким образом, достигнут технический результат - создан инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой с уменьшенным количеством асферических поверхностей при сохранении кратности изменения поля зрения, высокого качества изображения и прежнем количестве линз в объективе, а именно шести.

Инфракрасный объектив состоит из четырех компонентов, первый из которых – одиночный неподвижный положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, второй - подвижная отрицательная двояковогнутая линза, третий - неподвижный положительный, включающий положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, и отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству изображений, и двояковыпуклая линза, и четвертый - неподвижный положительный компонент, включающий одиночную положительную выпукло-вогнутую линзу, обращенную выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которой асферо-дифракционная. Все поверхности линз первого, второго и третьего компонентов выполнены сферическими. Технический результат - уменьшение количества асферических поверхностей при сохранении количества оптических элементов, а также сохранение кратности изменения поля зрения и высокого качества изображения. 8 ил., 1 табл.

Инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой, состоящий по ходу луча из четырех компонентов, первый из которых неподвижный положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, второй компонент подвижный отрицательный, выполнен из двояковогнутой линзы, третий компонент неподвижный положительный, включающий положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, и отрицательный мениск, и четвертый компонент неподвижный положительный компонент, включающий одиночную положительную выпукло-вогнутую линзу, обращенную выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которой асферо-дифракционная, отличающийся тем, что первый компонент - одиночная линза, в третьем компоненте отрицательный мениск обращен выпуклостью к пространству изображений и введена двояковыпуклая линза, установленная по ходу луча за отрицательным мениском, кроме того, все поверхности линз первого, второго и третьего компонентов выполнены сферическими.