СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2021 года по МПК G02B9/34 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, в частности, работающих с телевизионной ПЗС-матрицей или в телевизионно-дальномерных оптических системах.

Известен светосильный объектив для ближней ИК-области спектра, описанный в свидетельстве на полезную модель RU №18202, МПК G02B 13/14, 9/34, 9/52 опубл. 27.05.2001 г., состоящий по ходу лучей из четырех компонентов. Первый компонент - положительная линза. Второй -положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Третий -отрицательная линза. Четвертый - двусклеенный, состоящий из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. За четвертым компонентом расположен светофильтр, выполненный в виде плоскопараллельной пластины. Однако данный объектив имеет недостаточное качество изображения. Так, при относительном отверстии 1:2,7 и угле поля зрения 2W=5°14' он имеет коэффициенты передачи модуляции для частоты 68 мм^-1 для точки на оси не более 0,432 и для края поля зрения не более 0,129.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив для ближней ИК-области спектра, описанный в патенте RU №2052840, МПК G02B 13/14, 9/34 опубл. 20.01.1996 г., состоящий из четырех компонентов: первого - выпуклоплоской линзы, второго - положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, третьего - плосковогнутой линзы и четвертого - склеенной положительной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Однако данный объектив имеет недостаточное качество изображения. Так, при относительном отверстии 1:2,7 и угле поля зрения 2W=5°14' он имеет коэффициенты передачи модуляции для частоты 68 мм^-1 для точки на оси не более 0,492 и для края поля зрения не более 0,0004.

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

Технический результат - повышение качества изображения.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из четырех компонентов, из которых первый со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной положительной линзы с первой оптической поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов и радиусом первой оптической поверхности по модулю меньшим радиуса второй оптической поверхности, второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы со второй оптической поверхностью этой линзы, обращенной к изображению и радиусом первой оптической поверхности этой линзы по модулю большим радиуса второй оптической поверхности этой линзы, а четвертый компонент - в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, причем, показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы склеенного компонента больше показателя преломления материала отрицательного мениска этого компонента, в отличие от известного, имеют место условия:

где: R₁, R₇, R9 - радиусы кривизны первой, седьмой и девятой оптических поверхностей по ходу лучей.

Кроме того, светосильный объектив может быть дополнен светоделительной призмой, установленной по ходу лучей после четвертого компонента.

На фиг. 1 представлена оптическая схема светосильного объектива. На фиг. 2 представлена оптическая схема светосильного объектива со светоделительной призмой.

Светосильный объектив (фиг. 1) состоит из пяти линз в четырех компонентах. Первый компонент по ходу лучей выполнен в виде одиночной положительной линзы 1 с первой оптической поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов и радиусом первой поверхности по модулю меньшим радиуса второй поверхности. Второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска 2, обращенного выпуклостью к предмету. Третий компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы 3 со второй оптической поверхностью этой линзы, обращенной к изображению, причем, радиус первой поверхности линзы 3 по модулю больше радиуса ее второй поверхности. Четвертый компонент выполнен в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы 4 и отрицательного мениска 5, обращенного вогнутостью к предмету. За мениском 5 расположен светофильтр 6, за которым расположена плоскопараллельная пластина 7, которая может быть выполнена в виде защитного стекла приемника оптического излучения, например, телевизионной ПЗС-матрицы (не показан). Имеют место условия: , где: R₁, R₇, R₉ - радиусы кривизны первой, седьмой и девятой оптических поверхностей по ходу лучей.

Светосильный объектив (фиг. 2) дополнен светоделительной призмой 8 и защитным стеклом 9 и состоит из пяти линз в четырех компонентах. Первый компонент по ходу лучей выполнен в виде одиночной положительной линзы 1 с первой оптической поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов и радиусом первой поверхности по модулю меньшим радиуса второй поверхности. Второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска 2, обращенного выпуклостью к предмету. Третий компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы 3 со второй оптической поверхностью этой линзы, обращенной к изображению, причем, радиус первой поверхности линзы 3 по модулю больше радиуса ее второй поверхности. Четвертый компонент выполнен в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы 4 и отрицательного мениска 5, обращенного вогнутостью к предмету. За мениском 5 расположена светоделительная призма 8, за которой расположен светофильтр 6, за которым расположена плоскопараллельная пластина 7, которая может быть выполнена в виде защитного стекла приемника оптического излучения, например, телевизионной ПЗС-матрицы (не показан). Оптическая схема предложенного объектива дополнена защитным стеклом 9, установленным перед вторым приемником оптического излучения, работающим на длине волны лазера (не показан). Имеют место условия:

Предложенная оптическая система (фиг. 1) работает как собирающий из бесконечности объектив. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4, 5, светофильтр 6, плоскопараллельную пластину 7 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения, например, телевизионная матрица (не показан).

Предложенная оптическая система при установленной светоделительной призме 8 (фиг. 2) имеет оптический канал I-I и оптический канал II-II и формирует изображение бесконечно удаленного предмета в двух разных плоскостях. В канале I-I световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в светосильный объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4, 5, светоделительную призму 8, светофильтр 6, плоскопараллельную пластину 7 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения, например, телевизионная матрица (не показан). В канале II-II световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в светосильный объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4, 5, светоделительную призму 8, защитное стекло 9 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения, работающий на длине волны излучения лазера.

В соответствие с предложенным решением рассчитаны три варианта конкретного исполнения предлагаемого светосильного объектива, исправленные в спектральном диапазоне от 630 нм до 900 нм, для основной длины волны 766,49 нм.

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

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 95 мм задний фокальный отрезок 0 мм задний фокальный отрезок без учета светофильтра и плоскопараллельной пластины 55,92 мм относительное отверстие 1:2,7 угловое поле в пространстве предметов 5 град. 14 мин

Апертурная диафрагма находится на расстоянии 2 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте.

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

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 95 мм задний фокальный отрезок 0 мм задний фокальный отрезок без учета кубика, светофильтра и плоскопараллельной пластины 52,32 мм относительное отверстие 1:2,7 угловое поле в пространстве предметов 5 град. 14 мин

Апертурная диафрагма находится на расстоянии 2 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте.

Конструктивные параметры предложенного объектива по третьему варианту приведены в таблице 3.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 95 мм задний фокальный отрезок 0 мм задний фокальный отрезок без учета кубика, светофильтра и плоскопараллельной пластины 52,32 мм относительное отверстие 1:2,7 угловое поле в пространстве предметов 5 град. 14 мин

Апертурная диафрагма находится на расстоянии 2 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте.

В табл. 4 приведены аберрации для длины волны 766,49 нм всех трех вариантов предложенного светосильного объектива.

В табл. 5 приведены коэффициенты передачи модуляции, рассчитанные для λ=(630-900) нм при относительном отверстии 1:2,7 и угле поля зрения 2W=5°14' всех трех вариантов предложенного светосильного объектива для частоты 68 мм^-1.

Таким образом, обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив с повышенным качеством изображения.

Изобретение может быть использовано в оптических системах, в частности, работающих с телевизионной ПЗС-матрицей, или в телевизионно-дальномерных оптических системах. Первый компонент - одиночная положительная линза с первой оптической поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов, и радиусом первой поверхности по модулю, меньшим радиуса второй поверхности. Второй компонент - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Третий компонент - одиночная отрицательная линза, у которой радиус первой поверхности по модулю больше радиуса ее второй поверхности. Четвертый компонент - положительная линза, склеенная из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Выполняются условия: |R₁|=|R₇|=|R₉|, где: R₁, R₇, R₉ - радиусы кривизны первой, седьмой и девятой оптических поверхностей. Технический результат - повышение качества изображения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл.

1. Светосильный объектив, состоящий из четырех компонентов, из которых первый со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной положительной линзы с первой оптической поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов, и радиусом первой оптической поверхности по модулю, меньшим радиуса второй оптической поверхности, второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы со второй оптической поверхностью этой линзы, обращенной к изображению, и радиусом первой оптической поверхности этой линзы по модулю, большим радиуса второй оптической поверхности этой линзы, а четвертый компонент - в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, причем показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы склеенного компонента больше показателя преломления материала отрицательного мениска этого компонента, отличающийся тем, что имеют место условия:

где: R₁, R₇, R₉ - радиусы кривизны первой, седьмой и девятой оптических поверхностей по ходу лучей.

2. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что светосильный объектив дополнен светоделительной призмой, установленной по ходу лучей после четвертого компонента.