Радиационно-стойкий панкратический объектив Российский патент 2024 года по МПК G02B15/16 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения, а именно, к системам с переменным фокусным расстоянием, применяемым в различных оптических приборах, работающих в условиях повышенного радиационного фона.

Известны конструкции панкратических объективов (далее -объектив), диапазон изменений фокусных расстояний которых равен или превышает десятикратное значение, имеющие относительно небольшие габариты с двумя подвижными компонентами с сохранением высокого качества оптического изображения.

Среди наиболее удачных конструкций следует упомянуть объектив с переменным фокусным расстоянием [патент SU 1327039 А1, от 05.02.1986, опубл. 30.07.1987 Бюл. №28]. Объектив состоит из четырех компонентов, содержащих 20 линз. Второй и третий компоненты подвижные и осуществляют смену фокусного расстояния, четвертый компонент неподвижный, первый компонент имеет возможность перемещения вдоль оптической оси по направлению к предмету и осуществляет фокусировку на предмет, находящийся на конечном расстоянии 0,02 м в режиме макросъемки. Диапазон изменения фокусных расстояний объектива от 13,78 до 137,5 мм, относительное отверстие 1:1.8, линейное поле зрения в пространстве изображений 2у'=16,6 мм, длина оптической системы 250 мм, масса 3 кг.

К недостаткам объектива можно отнести относительно большую длину системы в сравнении с максимальным значением фокусного расстояния, а также отсутствие возможности работы в условиях воздействия гамма-излучения с мощностью до 5x10⁶ рад/ч.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является объектив с переменным фокусным расстоянием [патент SU 1167566 А, от 04.01.1984, опубл. 15.07.1985 Бюл. № 26]. Объектив состоит из четырех компонентов, содержащих 18 линз. Первый и четвертый компоненты неподвижны, второй и третий компоненты выполнены с возможностью перемещения вдоль оси, осуществляя смену фокусного расстояния, при этом первый компонент выполнен из отрицательной и трех положительных линз, второй - из отрицательного мениска и отрицательной склеенной линзы, третий - из отрицательной склеенной линзы, а четвертый - из двояковыпуклой линзы, отрицательного и положительного менисков, обращенных выпуклостями друг к другу, двояковогнутой линзы, двояковыпуклой линзы, склеенной положительной двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению. Длина объектива составляет 150,8 мм, перепад фокусных расстояний от 10 до 100 мм, относительное отверстие 1:1.8, линейное поле зрения в пространстве изображений (диагональ кадра) 2у'=11,5 мм.

К основным недостаткам объектива можно отнести отсутствие возможности работы в условиях воздействия гамма-излучения с мощностью до 5x10⁶ рад/ч и отсутствие фокусировки на предмет, находящийся на конечном расстоянии.

Задачей изобретения является разработка конструкции панкратического объектива, имеющего меньшие размеры, возможность работы с датчиками изображения диагональю 11 мм в условиях воздействия гамма-излучения с мощностью до 5×10⁶ рад/ч.

Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров объектива с сохранением высокого качества изображения и возможность работы в условиях воздействия гамма-излучения с мощностью до 5×10⁶ рад/ч.

Это достигается тем, что радиационно-стойкий панкратический объектив, включающий в себя расположенные по ходу распространения излучения вдоль одной оптической оси объектива первую группу оптических элементов, вторую группу оптических элементов, третью группу оптических элементов, апертурную диафрагму, четвертую группу оптических элементов и датчик изображения, отличается тем, что

- первая группа оптических элементов имеет положительную оптическую силу и включает в себя выпукло-вогнутую отрицательную менисковую линзу, положительную двулинзовую композицию, которая содержит вогнуто-выпуклую положительную менисковую линзу и вогнуто-выпуклую положительную менисковую линзу, соединенные между собой в данной последовательности, вогнуто-выпуклую отрицательную менисковую линзу, положительную двулинзовую композицию, которая содержит двояковогнутую отрицательную линзу и двояковыпуклую линзу, соединенные между собой в данной последовательности, а также двояковыпуклую линзу;

- вторая группа оптических элементов имеет отрицательную оптическую силу и включает в себя выпукло-вогнутую отрицательную менисковую линзу, отрицательную двулинзовую композицию, которая содержит двояковогнутую отрицательную линзу и выпукло-вогнутую положительную менисковую линзу, соединенные между собой в данной последовательности, а также выпукло-вогнутую положительную менисковую линзу;

- третья группа оптических элементов имеет отрицательную оптическую силу и включает в себя отрицательную двулинзовую композицию, которая содержит двояковогнутую отрицательную линзу и выпукло-вогнутую положительную менисковую линзу, соединенные между собой в данной последовательности;

- четвертая группа оптических элементов имеет положительную оптическую силу и включает в себя двояковыпуклую положительную линзу, а также положительную двулинзовую композицию, которая содержит двояковыпуклую положительную линзу и вогнуто-выпуклую отрицательную менисковую линзу, соединенные между собой в данной последовательности, отрицательную двулинзовую композицию, которая содержит выпукло-вогнутую отрицательную менисковую линзу и выпукло-вогнутую положительную менисковую линзу, соединенные между собой в данной последовательности, плоско-выпуклую положительную линзу, вогнуто-плоскую отрицательную менисковую линзу, а также положительную двулинзовую композицию, которая содержит выпукло-вогнутую отрицательную менисковую линзу и двояковыпуклую положительную линзу, соединенные между собой в данной последовательности,

при этом все оптические элементы изготовлены из оптического радиационно-стойкого стекла серии 200, а датчиком изображения является видикон, также:

- между третьей и четвертой группой оптических элементов находится апертурная диафрагма;

- при изменении фокусного расстояния объектива положение плоскости изображений фиксировано;

- при изменении фокусного расстояния объектива вторая и третья группа оптических элементов выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива;

- при изменении фокусного расстояния объектива первая группа оптических элементов выполнена с возможностью линейного перемещения вдоль оптической оси объектива по направлению от датчика изображения с целью фокусировки объектива на предмет, находящийся на конечном расстоянии.

Для функционирования объектива существенно, чтобы перепад фокусных расстояний М, фокусные расстояния первой f₁, второй f₂, третьей f₃ и четвертой f₄ групп оптических элементов соответственно удовлетворяли соотношениям:

Панкратический объектив имеет диапазон изменения фокусных расстояний от 12 до 120 мм, относительное отверстие 1:4.0, диапазон изменения углового поля зрения в пространстве предметов от 48,7 до 5,1 угловых градусов, длину системы 197 мм и линейное поле зрения в пространстве изображений 2у'=11 мм.

Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:

Фиг. 1 - оптическая схема при минимальном фокусном расстоянии объектива;

Фиг. 2 - оптическая схема при максимальном фокусном расстоянии объектива;

Фиг. 3 - графики частотно-контрастной характеристики при минимальном фокусном расстоянии объектива;

Фиг. 4 - графики частотно-контрастной характеристики при максимальном фокусном расстоянии объектива;

Заявленный объектив состоит из четырех последовательно расположенных компонентов: первого 1 - положительного, второго 2 -отрицательного, третьего 3 - отрицательного и четвертого 4 -положительного. Первый компонент 1 содержит две склейки и три одиночные линзы и исполняет роль подвижного фокусирующего блока. Второй компонент 2 подвижный и содержит одну склейку и две одиночные линзы. Третий компонент 3 подвижен и состоит из одной склейки. Четвертый компонент 4 неподвижный и содержит три склейки и три одиночные линзы. Апертурная диафрагма 5 расположена между третьим и четвертым компонентами.

Основной функцией объектива является передача светового пучка, исходящего от бесконечно удаленного объекта, на плоскость изображения, в которой размещается видикон с защитной плоскопараллельной пластиной 6.

Апертурная диафрагма 5 представляет собой диафрагму ирисового типа с возможностью регулировки светового диаметра пучка лучей.

Видикон с защитной плоскопараллельной пластиной 6 используют для преобразования изображения объекта, сформированного объективом, в электрический аналоговой сигнал.

Использование четырех групп оптических элементов позволяет обеспечивать перемещения подвижных компонентов внутри объектива с сохранением неподвижности плоскости изображений. Использование исключительно сферических поверхностей в объективе упрощает его изготовление. Кроме того, использование радиационно-стойких бесцветных оптических стекол серии 200, позволяют объективу функционировать в условиях воздействия гамма-излучения с мощностью до 5x10⁶ рад/ч.

Таким образом, предлагаемый радиационно-стойкий панкратический объектив, обладающий совокупностью отмеченных отличительных признаков, в сравнении с прототипом позволяет обеспечить перепад фокусных расстояний от 12 до 120 мм с сохранением положения плоскости изображений и высокого качества оптического изображения, работая при этом в условиях воздействия гамма-излучения с мощностью до 5×10⁶ рад/ч.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения, а именно к системам с переменным фокусным расстоянием, применяемым в различных оптических приборах, работающих в условиях повышенного радиационного фона. Объектив состоит из четырех последовательно расположенных компонентов: первого - положительного, второго - отрицательного, третьего - отрицательного и четвертого - положительного. Первый компонент 1 содержит две склейки и три одиночные линзы и исполняет роль подвижного фокусирующего блока. Второй компонент 2 подвижный и содержит одну склейку и две одиночные линзы. Третий компонент 3 подвижен и состоит из одной склейки. Четвертый компонент 4 неподвижный и содержит три склейки и три одиночные линзы. Апертурная диафрагма 5 расположена между третьим и четвертым компонентами. Обеспечивается перепад фокусных расстояний от 12 до 120 мм с сохранением положения плоскости изображений, высокое качество оптического изображения, а также возможность работы в условиях воздействия гамма-излучения с мощностью до 5×10⁶ рад/ч. Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров объектива с сохранением высокого качества изображения и возможность работы в условиях воздействия гамма-излучения с мощностью до 5×10⁶ рад/ч. з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Радиационно-стойкий панкратический объектив, включающий в себя расположенные по ходу распространения излучения вдоль одной оптической оси объектива первую группу оптических элементов, вторую группу оптических элементов, третью группу оптических элементов, апертурную диафрагму, четвертую группу оптических элементов и датчик изображения, отличающийся тем, что

- первая группа оптических элементов имеет положительную оптическую силу и включает в себя выпукло-вогнутую отрицательную менисковую линзу, положительную двулинзовую композицию, которая содержит вогнуто-выпуклую положительную менисковую линзу и вогнуто-выпуклую положительную менисковую линзу, соединенные между собой в данной последовательности, вогнуто-выпуклую отрицательную менисковую линзу, положительную двулинзовую композицию, которая содержит двояковогнутую отрицательную линзу и двояковыпуклую линзу, соединенные между собой в данной последовательности, а также двояковыпуклую линзу;

- вторая группа оптических элементов имеет отрицательную оптическую силу и включает в себя выпукло-вогнутую отрицательную менисковую линзу, отрицательную двулинзовую композицию, которая содержит двояковогнутую отрицательную линзу и выпукло-вогнутую положительную менисковую линзу, соединенные между собой в данной последовательности, а также выпукло-вогнутую положительную менисковую линзу;

- третья группа оптических элементов имеет отрицательную оптическую силу и включает в себя отрицательную двулинзовую композицию, которая содержит двояковогнутую отрицательную линзу и выпукло-вогнутую положительную менисковую линзу, соединенные между собой в данной последовательности;

- четвертая группа оптических элементов имеет положительную оптическую силу и включает в себя двояковыпуклую положительную линзу, а также положительную двулинзовую композицию, которая содержит двояковыпуклую положительную линзу и вогнуто-выпуклую отрицательную менисковую линзу, соединенные между собой в данной последовательности, отрицательную двулинзовую композицию, которая содержит выпукло-вогнутую отрицательную менисковую линзу и выпукло-вогнутую положительную менисковую линзу, соединенные между собой в данной последовательности, плоско-выпуклую положительную линзу, вогнуто-плоскую отрицательную менисковую линзу, а также положительную двулинзовую композицию, которая содержит выпукло-вогнутую отрицательную менисковую линзу и двояковыпуклую положительную линзу, соединенные между собой в данной последовательности, при этом все оптические элементы изготовлены из оптического радиационно-стойкого стекла серии 200, а датчиком изображения является видикон, также:

- между третьей и четвертой группой оптических элементов находится апертурная диафрагма;

- при изменении фокусного расстояния объектива положение плоскости изображений фиксировано;

- при изменении фокусного расстояния объектива вторая и третья группа оптических элементов выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива;

- при изменении фокусного расстояния объектива первая группа оптических элементов выполнена с возможностью линейного перемещения вдоль оптической оси объектива по направлению от датчика изображения с целью фокусировки объектива на предмет, находящийся на конечном расстоянии.

2. Объектив по п. 1, отличающийся тем, что перепад фокусных расстояний М, фокусные расстояния первой f₁, второй f₂, третьей f₃ и четвертой f₄ групп оптических элементов соответственно должны удовлетворять соотношениям: