Инфракрасный телеобъектив с двумя полями зрения Российский патент 2024 года по МПК G02B13/14 G02B15/16 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно, к объективам для инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, построенных на основе охлаждаемых матричных приемников теплового излучения.

Известен инфракрасный объектив с двумя полями зрения, описанный в патенте RU №2726262, МПК G02B 13/14,15/14, опубликованном 10.07.2020 г., известна оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения, описанная в патенте RU №2722623, МПК G02B 13/14, 15/02, опубликованном 02.06.2020 г. Системы обеспечивают высокое качество изображения, состоят всего из шести линз, первая содержит одну асферо-дифракционную поверхность, а вторая - одну асферическую поверхность, но коэффициент телеукорочения в обеих системах, равный отношению длины от первой поверхности до плоскости изображения к максимальному фокусному расстоянию системы, много больше 1.

Также известен инфракрасный объектив с двумя полями зрения описанный в патенте RU №2541420, МПК G02B 13/14, 9/60, 15/14 опубликованном 10.02.2015 г. Объектив состоит из расположенных вдоль оптической оси по ходу луча неподвижного первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, обращенную выпуклостью к плоскости предметов, подвижного второго компонента, содержащего отрицательную двояковогнутую линзу, неподвижного третьего компонента, содержащего положительную двояковыпуклую линзу, и четвертого неподвижного компонента, содержащего первую положительную двояковыпуклую линзу и вторую положительную выпукло-вогнутую линзу, обращенную выпуклостью к плоскости предметов. Подвижный второй компонент расположен с возможностью перемещения вдоль оптической оси между первым и третьим компонентами. Вторая поверхность положительной выпукло-вогнутой линзы неподвижного первого компонента и первая поверхность первой положительной двояковыпуклой линзы неподвижного четвертого компонента выполнены асферо-дифракционными. Вторая поверхность положительной двояковыпуклой линзы неподвижного третьего компонента и первая поверхность отрицательной двояковогнутой линзы подвижного второго компонента выполнены асферическими. Но данный объектив имеет большую длину, которая больше величины фокусного расстояния для узкого поля зрения, при этом коэффициент телеукорочения

T_L вычисляемый по формуле:

T_L=L/f'_max=1,07, где:

L - расстояние от первой поверхности до плоскости изображения,

f'_max - максимальное фокусное расстояние,

а также технологически сложную асферо-дифракционную поверхность на линзе из кремния.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому телеобъективу является инфракрасный телеобъектив с двумя полями зрения, описанный в патенте RU №2630195, МПК G02B 13/14, 15/14 опубликованном 05.09.2017 г. Объектив состоит из четырех, расположенных по ходу луча, компонентов. Первый неподвижный положительный компонент состоит из одиночных положительной выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которой асферическая, и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, первая поверхность которого асферическая. Второй отрицательный подвижный компонент состоит из двояковогнутой линзы, вторая поверхность которой асферическая, и имеет два фиксированных положения на оптической оси между первым и третьим неподвижными компонентами для переключения полей зрения. Третий неподвижный положительный компонент состоит из одиночных положительного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которого асферическая и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, первая поверхность которого асферическая. Четвертый неподвижный положительный компонент состоит из положительной выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которой асферо-дифракционная. Между третьим и четвертым компонентами имеется промежуточное изображение. Но наличие большого количества асферических поверхностей, в том числе на линзах из кремния, делает данный объектив технологически сложным, а коэффициент телеукорочения T_L равен 0,63.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание компактного телеобъектива для средней ИК области спектра с высоким качеством изображения.

Технический результат - создание компактного инфракрасного телеообъектива с двумя полями зрения, технологически более простого в изготовлении с уменьшенным коэффициентом телеукорочения, при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в инфракрасном телеобъективе с двумя полями зрения, содержащем, по ходу луча, четыре компонента, первый из которых неподвижный, выполненный в виде положительного и отрицательного менисков, обращенных выпуклостями к плоскости предметов, первая поверхность отрицательного мениска асферическая, второй компонент, подвижный отрицательный, выполнен в виде двояковогнутой линзы, и расположен между первым и третьим компонентами, третий, неподвижный положительный компонент, содержащий положительную линзу и мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, и четвертый неподвижный положительный компонент, включающий неподвижную положительную линзу, вторая поверхность которой асферо-дифракционная, причем все линзы одиночные, в отличие от известного, первая линза первого компонента, второй компонент и первая линза третьего компонента выполнены только со сферическими поверхностями, в третьем компоненте первая линза двояковыпуклая, а мениск положительный, вторая поверхность которого асферо-дифракционная, четвертый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы.

Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:

- фиг.1 - оптическая схема инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения с узким полем зрения;

- фиг.2 - оптическая схема инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения с широким полем зрения;

- фиг.3 -частотно-контрастная характеристика (ЧКХ) инфракрасного телеобъектива в узком поле зрения;

- фиг.4 - ЧКХ инфракрасного телеобъектива в широком поле зрения;

- фиг.5 -функция концентрации энергии (ФКЭ) инфракрасного телеобъектива в узком поле зрения;

- фиг.6 - ФКЭ инфракрасного телеобъектива в широком поле зрения;

- фиг.7 - астигматизм и дисторсия инфракрасного телеобъектива в узком поле зрения;

- фиг.8 - астигматизм и дисторсия инфракрасного телеобъектива в широком поле зрения.

Инфракрасный телеообъектив с двумя полями зрения (фиг.1, фиг.2) состоит из четырех, расположенных по ходу луча, компонентов. Первый неподвижный положительный компонент состоит из одиночных положительного мениска 1, и отрицательного мениска 2, обращенных выпуклостью к плоскости предметов, при этом первая поверхность отрицательного мениска 2 выполнена асферической. Второй отрицательный подвижный компонент состоит из двояковогнутой линзы 3 и имеет два фиксированных положения на оптической оси между первым и третьим неподвижными компонентами для переключения полей зрения. Третий неподвижный положительный компонент состоит из одиночных двояковыпуклой линзы 4 и положительного мениска 5, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которого асферо-дифракционная. Четвертый неподвижный положительный компонент состоит из двояковыпуклой линзы 6, вторая поверхность линзы 6 асферо-дифракционная. Между третьим и четвертым компонентами имеется промежуточное изображение.

В оптической схеме инфракрасного телеобъектива с узким полем зрения (фиг.1) второй компонент, состоящий из двояковогнутой линзы 3, находится в первом фиксированном положении и расположен перед третьим компонентом.

В оптической схеме инфракрасного телеобъектива с широким полем зрения (фиг.2) второй компонент, состоящий из двояковогнутой линзы 3, находится во втором фиксированном положении и расположен за первым компонентом.

Инфракрасный телеообъектив с двумя полями зрения работает следующим образом: световой поток, исходящий из бесконечно удаленной точки предмета, проходит через линзы 1-6 объектива, входное окно 7, фильтр 8 фотоприемного устройства и формирует изображение на матрице чувствительных элементов фотоприемного устройства (на фиг.не показан). Смена полей зрения (фокусного расстояния) осуществляется перемещением линзы 3 вдоль оптической оси.

Характеристики объектива

Фокусное расстояние, мм -183/-61 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 90,1

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

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

Таким образом, создан компактный инфракрасный телеообъектив с двумя полями зрения, в котором всего одна асферическая поверхность и две асферо-дифракционные, причем на линзах из германия, что делает объектив технологически более простым в изготовлении, уменьшенным коэффициентом телеукорочения T_L равным 0,49, при высоком качестве изображения, что подтверждается графиками (фиг.3 - фиг.8).

Изобретение относится к области оптического приборостроения. Инфракрасный телеобъектив с двумя полями зрения содержит по ходу луча четыре компонента. Первый - неподвижный компонент выполнен в виде положительного и отрицательного менисков, обращенных выпуклостями к плоскости предметов, первая поверхность отрицательного мениска асферическая. Второй компонент - подвижная двояковогнутая линза. Третий - неподвижный положительный компонент, содержащий положительную линзу, двояковыпуклую, и положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность мениска асферо-дифракционная. Четвертый - неподвижный положительный компонент, включающий одиночную неподвижную положительную линзу, вторая поверхность которой асферо-дифракционная, при этом положительная линза имеет двояковыпуклую форму. Технический результат – упрощение изготовления при малом коэффициенте телеукорочения, повышение качества изображения. 1 табл., 8 ил.

Инфракрасный телеобъектив с двумя полями зрения, содержащий по ходу луча четыре компонента, первый из которых - неподвижный, выполненный в виде положительного и отрицательного менисков, обращенных выпуклостями к плоскости предметов, первая поверхность отрицательного мениска асферическая, второй компонент, подвижный отрицательный, выполнен в виде двояковогнутой линзы и расположен между первым и третьим компонентами, третий - неподвижный положительный компонент, содержащий положительную линзу и мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, и четвертый - неподвижный положительный компонент, включающий неподвижную положительную линзу, вторая поверхность которой асферо-дифракционная, причем все линзы одиночные, отличающийся тем, что первая линза первого компонента, второй компонент и первая линза третьего компонента имеют только сферические поверхности, в третьем компоненте первая линза двояковыпуклая, а мениск положительный, вторая поверхность которого асферо-дифракционная, четвертый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы.