Светосильный радиационно-стойкий объектив Российский патент 2022 года по МПК G02B9/62 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к светосильным объективам, используемым в различных оптических приборах и компонентах, которые требуют большого заднего фокального отрезка, высокого качества изображения в широком спектральном диапазоне и наличия изменяемой апертурной диафрагмы, в том числе в комплексах, работающих в условиях ионизирующего излучения.

Известен светосильный объектив (патент РФ №2576347, от 26.11.2014, опубл. 27.02.2016, МПК G02B 9/62), состоящий из шести по ходу лучей компонентов: первый компонент - одиночная вогнутоплоская линза, второй компонент - мениск, обращенный вогнутостью к предмету и склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, третий и четвертый компоненты -двояковыпуклые линзы с равными конструктивными параметрами, обращенные друг к другу оптическими поверхностями, радиусы кривизны которых меньше по модулю, пятый компонент склеен из двояковыпуклой и вогнутоплоской линзы, обращенной плоскостью к изображению, шестой компонент - одиночная плосковогнутая линза, обращенная плоскостью к предмету.

Недостатками приведенного объектива является ахроматизация в диапазоне от 800 до 900 нм, маленький задний отрезок, а также невозможность работы объектива в условиях ионизирующего излучения.

Известен светосильный объектив с вынесенным входным зрачком (патент РФ на изобретение №2248597, от 12.09.2002, опубл. 20.03.2005, МПК G02B 9/62), выполненный из радиационно-стойкого стекла и состоящий из четырех компонентов: первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, второй компонент - отрицательная линза, третий состоит из двух одиночных положительных линз, а четвертый - мениск, обращенный выпуклостью к предмету и склеенный из положительной и отрицательной линз с оптическими силами соответственно (1,1…1,3) ϕ'_об, (-1,5…-1,6) ϕ'_об. Оптическая сила мениска не превышает 0,01 ϕ'_об, а его толщина не менее 0,5 ƒ_об, где ϕ'_об и ƒ_об - оптическая сила и фокусное расстояние объектива. Все линзы могут быть выполнены из материалов с высокой радиационно-оптической устойчивостью к воздействию гамма-излучения с мощностью до 5х10⁶Р/ч.

Недостатком данного объектива является невысокая разрешающая способность, ахроматизация до 660 нм, использование в оптической системе линзы, выполненной из стекла серии 100.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является светосильный объектив (патент РФ на изобретение №2248598, от 19.09.2002, опубл. 20.03.2005, МПК G02B 9/60), который принят авторами за прототип.

Оптическая схема объектива-прототипа состоит из расположенных по ходу излучения трех оптических компонентов и действующей апертурной диафрагмы, установленной между вторым и третьим компонентами. Первый компонент выполнен в виде двух одиночных положительных линз, второй компонент - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из положительной и отрицательной линз, а третий компонент содержит две линзы, каждая из которых склеена из двух линз с оптическими силами противоположного знака, первая склеенная линза - мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Расстояние между вторым и третьим компонентами равно (0,3…0,4)ƒ_об, а оптические силы компонентов объектива составляют соответственно (0,8…1,0) ϕ'_об, (-0,9…-1,0) ϕ'_об и (1,3…1,5) ϕ'_об, где ƒ_об и ϕ'_об - фокусное расстояние и оптическая сила объектива, соответственно. Все линзы объектива выполнены из материалов с высокой радиационно-оптической устойчивостью, что позволяет использовать объектив в условиях воздействия гамма-излучения с мощностью до 5х10⁶Р/ч.

Недостатком известного объектива-прототипа является маленькое поле зрения, спектральный диапазон, затрагивающий не всю видимую область, невысокое качество изображения, большие габариты, и небольшой задний отрезок.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение поля зрения, повышение качества получаемого изображения, смещение спектрального диапазона в видимую область от 0,485 до 0,760 мкм, уменьшение габаритов, увеличение заднего отрезка.

Задача, решаемая заявляемым техническим решением, - создание светосильного радиационно-стойкого объектива с улучшенными техническими характеристиками и уменьшенными габаритами.

Решение указанной задачи достигается тем, что объектив, состоящий из расположенных по ходу излучения трех компонентов и действующей диафрагмы, расположенной между вторым и третьим компонентом, отличается тем, что первый компонент выполнен в виде двух одиночных линз, первая линза - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - положительная двояковыпуклая линза, второй компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, склеенной из положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковогнутой линзы, третий компонент состоит из двух положительных отдельных линз и мениска, расположенного вогнутостью к изображению и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, расстояние между вторым компонентом и диафрагмой равно (0,25…0,35) ƒ_об, расстояние между третьим компонентом и диафрагмой равно (0,15…0,25) ƒ_об, что обеспечивает установку ирисовой диафрагмы, оптические силы компонентов составляют (2,3…2,4) ϕ'_об„ (-0,9…-1,1) ϕ'_об и (0,7…0,8) ϕ'_об соответственно, где ƒ_об -фокусное расстояние объектива, ϕ'_об - оптическая сила объектива.

Указанная совокупность признаков позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющее создать светосильный радиационно-стойкий объектив с увеличенным полем зрения и улучшенным качеством изображения, за счет коррекции сферической аберрации, комы, астигматизма, кривизны поверхности и хроматических аберраций.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена оптическая схема светосильного радиационно-стойкого объектива. На фиг. 2 представлены конструктивные параметры объектива. На фиг. 3 представлены технические характеристики объектива. На фиг. 4 представлена полихроматическая частотно контрастная характеристика объектива для относительного отверстия 1:2 и углового поля 2ω=37°.

Объектив содержит последовательно расположенные по ходу лучей три компонента 1, 2, 3 и действующую диафрагму, расположенную между компонентами 2 и 3. Компонент 1 выполнен в виде двух одиночных линз, первая линза 4 - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая 5 - положительная двояковыпуклая линза, компонент 2 выполнен в виде двояковогнутой линзы, склеенной из положительного мениска 6, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковогнутой линзы 7, компонент 3 состоит из двух положительных отдельных линз 8 и 9 и мениска, расположенного вогнутостью к изображению и склеенного из двояковыпуклой 10 и двояковогнутой 11 линз, расстояние между компонентом 2 и диафрагмой равно (0,25…0,35) ƒ_об, расстояние между компонентом 3 и диафрагмой равно (0,15…0,25) ƒ_об, что обеспечивает установку ирисовой диафрагмы, оптические силы компонентов составляют (2,3…2,4) ϕ'_об„ (-0,9…-1,1) ϕ'_об и (0,7…0,8) ϕ'_об соответственно, где ƒ_об - фокусное расстояние объектива, ϕ'_об - оптическая сила объектива.

Примером конкретной реализации предлагаемого технического решения является светосильный радиационно-стойкий объектив, имеющий фокусное расстояние ƒ'=16,99 мм, относительное отверстие D/ƒ=1:2 и угловое поле 2ω=37°, заднее фокусное расстояние S'_F'=13,24 мм, что составляет 0,78 ƒ_об и ахроматизованный в спектральном диапазоне от 0,485 до 0,760 мкм.

Техническим преимуществом предлагаемого изобретения, по сравнению с прототипом является:

- увеличенное в два раза поле зрения;

- улучшенное качество изображения в пределах указанного поля за счет коррекции комы, астигматизма и кривизны поверхности;

- смещение спектрального диапазона в видимую область;

- уменьшенные габариты;

- увеличенный задний отрезок.

Реализация технических преимуществ объектива по изобретению повышает его разрешающую способность, высокую информативность, что позволяет использовать его в различных областях приборостроения, в том числе в комплексах, работающих в условиях гамма-излучения.

Изобретение может быть использовано в оптических приборах, которые требуют большого заднего фокального отрезка. Светосильный объектив состоит из трех компонентов и действующей диафрагмы, расположенной между вторым и третьим компонентом. Первый компонент выполнен из одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, и одиночной двояковыпуклой линзы. Второй компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, склеенной из положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, и двояковогнутой линзы. Третий компонент состоит из двух положительных отдельных линз в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и двояковыпуклой линзы и мениска, расположенного вогнутостью к изображению и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Выполняются соотношения, приведенные в формуле изобретения. Технический результат - увеличение поля зрения, повышение качества изображения, смещение спектрального диапазона в видимую область от 0,485 до 0,760 мкм, уменьшение габаритов, увеличение заднего отрезка. 4 ил.

Светосильный объектив, состоящий из расположенных по ходу излучения трех компонентов и действующей диафрагмы, расположенной между вторым и третьим компонентом, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде двух одиночных линз, первая линза - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - положительная двояковыпуклая линза, второй компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, склеенной из положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, и двояковогнутой линзы, третий компонент состоит из двух положительных отдельных линз в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, двояковыпуклой линзы и мениска, расположенного вогнутостью к изображению и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, расстояние между вторым компонентом и диафрагмой равно (0,25…0,35)ƒ_об, расстояние между третьим компонентом и диафрагмой равно (0,15…0,25)ƒ_об, что обеспечивает установку ирисовой диафрагмы, оптические силы компонентов составляют (2,3…2,4)ϕ'_об, (-0,9…-1,1)ϕ'_об и (0,7…0,8)ϕ'_об соответственно, где ƒ_об - фокусное расстояние объектива, ϕ'_об - оптическая сила объектива.