ОБЪЕКТИВ ДЛЯ КОРОТКОВОЛНОВОГО ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА СПЕКТРА Российский патент 2023 года по МПК G02B9/62 G02B13/14 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве объектива коллиматора в составе испытательной аппаратуры для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальных матриц.

Известен телеобъектив коллиматора для ближней ИК-области спектра RU 2247416, МПК G02B 13/02, G02B 13/14, опубл. 27.02.2005 г., содержащий шестилинзовый положительный и двухлинзовый отрицательный компоненты, в первом из которых последовательно чередуются двояковыпуклые и двояковогнутые линзы, а второй компонент состоит из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Телеобъектив коллиматора предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,6…1,0 мкм; фокусное расстояние объектива f'=599,91 мм; относительное отверстие 1:7,5; диаметр входного зрачка D=80 мм; угловое поле зрения 2ω=6°54'. Вынос входного зрачка от первой поверхности составляет 984,7 мм.

Недостатком этого объектива является невысокое качество изображения по полю зрения при небольшом относительном отверстии, кроме того небольшая величина заднего отрезка не позволяет разместить осветитель при использовании в качестве тест-объекта микрозеркальной матрицы.

Также известен объектив для SWIR диапазона спектра RU 2675195, МПК G02B 13/14, G02B 9/60, опубл. 17.12.2018 г., содержащий три компонента и апертурную диафрагму, при этом первый положительный компонент содержит двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, второй компонент является положительным, третий компонент содержит две линзы, первая из которых является отрицательным мениском, отличающийся тем, что двояковыпуклая и двояковогнутая линзы первого компонента выполнены склеенными, второй положительный компонент выполнен в виде отрицательной склеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображений, отрицательный мениск третьего компонента обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображений, вторая линза третьего компонента выполнена положительной и имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, апертурная диафрагма совмещена с оправой первого компонента. Объектив для SWIR диапазона спектра предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,9…1,7 мкм; имеет фокусное расстояние объектива f'=77 мм; относительное отверстие 1:1,6; диаметр входного зрачка D=50 мм; угловое поле зрения 7,1°х5,7°.

К недостаткам объектива для SWIR диапазона спектра можно отнести небольшие фокусное расстояние и диаметр входного зрачка, не позволяющие использовать его в качестве объектива коллиматора.

Наиболее близким к заявляемому объективу по технической сущности, принятым за прототип, является объектив, представленный в патенте на изобретение RU 2662032, МПК G02B 13/02, G02B 9/62, опубл. 23.07. 2018 г. Объектив содержит шесть линз, из которых первая и шестая двояковыпуклые, вторая и пятая отрицательные выпукло-вогнутые, третья положительная выпукло-вогнутая, четвертая двояковогнутая. Между первой и второй линзами расположена апертурная диафрагма. Показатели преломления материалов линз выбраны в соответствии с условием: n₁=n₃≤n₄≥n₅=n₆. Объектив предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,9…1,7 мкм; фокусное расстояние f'=365 мм; относительное отверстие 1:3; диаметр входного зрачка D=121,6 мм; угловое поле зрения 2ω=8,6°.

Недостатком данного объектива является невозможность использования его в качестве объектива коллиматора из-за невысокого качества изображения по полю зрения. Значения модуляционной передаточной функции (МПФ) составляют: для центра поля зрения 73,4%, для края поля зрения 51,7% при дифракционном значении 78,5%.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик объектива за счет обеспечения высокого качества изображения в пределах всего поля зрения.

Поставленная задача решается за счет того, что в объективе для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра, состоящем из последовательно расположенных вдоль оптической оси первой двояковыпуклой линзы, второй отрицательной линзы, третьей выпукло-вогнутой линзы, четвертой линзы, пятой выпукло-вогнутой линзы и шестой отрицательной линзы, в соответствии с изобретением вторая линза выполнена вогнуто-выпуклой, третья - отрицательной асферической, четвертая - двояковыпуклой, пятая - положительной, а шестая - выпукло-вогнутой, при этом выполняется условие: n₁=n₄=n₅<n₃<n₂=n₆, где n₁, n₂, n₃, n₄, n₅, n₆ - показатели преломления материалов первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой линз соответственно, а апертурная диафрагма расположена перед первой линзой.

На фигуре 1 представлена оптическая схема объектива для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра с ходом лучей.

На фигуре 2 представлены графики модуляционной передаточной функции (МПФ).

На фигуре 3 представлен график дисторсии.

Объектив для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси первой 1 двояковыпуклой линзы, второй 2 отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, третьей 3 отрицательной выпукло-вогнутой асферической линзы, четвертой 4 двояковыпуклой линзы, пятой 5 положительной выпукло-вогнутой линзы и шестой 6 отрицательной выпукло-вогнутой линзы. Апертурная диафрагма расположена перед первой линзой, а для показателей преломления материалов линз выполняется условие: n₁=n₄=n₅<n₃<n₂=n₆, где n₁, n₂, n₃, n₄, n₅, n₆ - показатели преломления материалов первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой линз соответственно.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемого объектива.

Конструктивные параметры конкретного примера исполнения объектива для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра приведены в таблице 2.

Объектив для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра работает следующим образом. Излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через апертурную диафрагму, установленную перед первой линзой, и попадает на первую поверхность первой 1 двояковыпуклой линзы, проходит через линзы объектива 1-6, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами и материалами линз, и фокусируется в плоскости изображения объектива.

Из представленного на фигуре 2 графика следует, что значения МПФ для 40 линии/мм значительно лучше, чем в прототипе и составляют для центра поля зрения 85,7%, для края поля зрения 81,1% при дифракционном значении 88,2%. Из представленного на фигуре 3 графика следует, что дисторсия по всему полю зрения не превышает 0,3%, что говорит о высоком качестве изображения заявляемого объектива.

Высокое качество изображения заявляемого объектива в пределах всего поля зрения обеспечивается выбором оптических сил линз, их формы и материалов, при выбранном расположении апертурной диафрагмы обеспечивающем телецентрический ход лучей и равномерную освещенность плоскости изображения.

Таким образом, выполнение объектива для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра в соответствии с предлагаемым техническим решением обеспечивает высокое качество изображения по всему полю зрения, что позволяет улучшить его эксплуатационные характеристики и использовать в качестве объектива коллиматора в составе испытательной аппаратуры для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальных матриц.

Объектив может быть использован в качестве объектива коллиматора в составе испытательной аппаратуры для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальных матриц. Объектив состоит из первой двояковыпуклой линзы, второй отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, третьей отрицательной выпукло-вогнутой асферической линзы, четвертой двояковыпуклой линзы, пятой положительной выпукло-вогнутой линзы и шестой отрицательной выпукло-вогнутой линзы. Апертурная диафрагма расположена перед первой линзой. Выполняется условие: n₁=n₄=n₅<n₃<n₂=n₆, где n₁, n₂, n₃, n₄, n₅, n₆ - показатели преломления материалов первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой линз соответственно. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик объектива за счет повышения качества изображения по всему полю зрения. 3 ил., 2 табл.

Объектив для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первой двояковыпуклой линзы, второй отрицательной линзы, третьей выпукло-вогнутой линзы, четвертой линзы, пятой выпукло-вогнутой линзы и шестой отрицательной линзы, отличающийся тем, что вторая линза выполнена вогнуто-выпуклой, третья - отрицательной асферической, четвертая - двояковыпуклой, пятая - положительной, а шестая - выпукло-вогнутой, при этом выполняется условие: n₁=n₄=n₅<n₃<n₂=n₆, где n₁, n₂, n₃, n₄, n₅, n₆ - показатели преломления материалов первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой линз соответственно, а апертурная диафрагма расположена перед первой линзой.