Объектив с вынесенным входным зрачком для ближней ИК-области спектра (варианты) Российский патент 2024 года по МПК G02B15/16 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам, работающим с матричным фотоприемным устройством (далее - МФПУ) в ближней инфракрасной (ИК) области спектра и может быть использовано для получения информации от бесконечно удаленных объектов.

Известны объективы с вынесенным входным зрачком различных конструкций, при этом различающихся между собой значениями полей зрения, относительного отверстия, удалением входного зрачка, а также наличием промежуточного изображения, что позволяет получать прямое изображение объекта.

В качестве примера можно привести патент «Светосильный объектив с вынесенными зрачками для ИК-области спектра» RU 2379723 С1 с приоритетом от 25.08.2008, опубл. 20.01.2010 [1]. Объектив содержит расположенные по ходу лучей первый, второй и третий положительные компоненты, включающие пять линз, и апертурную диафрагму между третьим компонентом и плоскостью изображения. Между первым и вторым компонентами расположена плоскость промежуточного изображения. Первый компонент содержит один мениск, второй и третий - по два мениска. Преломляющие поверхности всех менисков выполнены сферическими. Положительный мениск первого компонента и второй положительный мениск третьего компонента обращены вогнутостью к плоскости изображений. Во втором компоненте первый положительный мениск обращен вогнутостью к пространству предметов, и к нему вплотную расположен второй отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений.

Объектив имеет следующие характеристики:

- Фокусное расстояние f=-24,5;

- Относительное отверстие 1:1,68;

- Угловое поле в пространстве предметов 18,7°;

- Удаление входного зрачка 26 мм;

- Размер изображения 2у'=8 мм;

- Спектральный диапазон от 7,7 до 10,3 мкм.

Объектив [1] имеет удаление входного зрачка, сравнимое с фокусным расстоянием в большую сторону, при этом обладая и высоким относительным отверстием.

Однако такое техническое решение направлено на создание объектива в дальней ИК области спектра, поэтому оптическая система содержит материал - германий, который не позволяет проводить наблюдения в видимой и ближней ИК-области спектра.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является патент «Широкоугольный объектив большой длины с вынесенным входным зрачком (варианты)» RU 2138068 С1 с приоритетом от 30.06.1998, опубл. 20.09.1999 [2]. Данное техническое решение было выбрано в качестве прототипа. Известный объектив содержит три линзовые группы, первая из которых выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, и двояковыпуклой линзы. Вторая линзовая группа содержит одну двояковыпуклую линзу. Третья линзовая группа состоит из двух положительных менисков и двояковыпуклой линзы между ними, один из менисков обращен вогнутостью к пространству предметов, а другой выпуклостью. Положительные мениски первой и третьей линзовых групп могут быть выполненными склеенными из двояковогнутой и двояковыпуклой линз.

Широкоугольный объектив имеет следующие основные характеристики:

- Фокусное расстояние f=3 мм;

- Относительное отверстие 1:2,5;

- Максимальное угловое поле зрения 130 град.;

- Удаление входного зрачка перед системой 1,5 мм;

- Рабочий спектральный диапазон от 0,486 до 0,8 мкм;

- Максимальный размер изображения 2у'=12,8 мм.

Широкоугольный объектив имеет большой угол поля зрения, высокое относительное отверстие, но довольно малое удаление входного зрачка от оптической системы. Кроме того, решение [2] имеет в составе стекла из тяжелых и сверхтяжелых кронов и флинтов и при максимальном поле зрения имеет большую бочкообразную дисторсию порядка 50%.

Задачей изобретения является создание объектива с максимально возможным удалением входного зрачка с сохранением высокого качества оптического изображения, минимальной дисторсией и улучшением технологичности за счет минимизации марок бесцветного оптического стекла и конструктивного выполнения его оптической схемы.

Техническим результатом изобретения является обеспечение максимального удаления входного зрачка при сохранении поперечных размеров объектива, минимальной дисторсии и повышение технологичности за счет уменьшения количества марок бесцветного оптического стекла.

Это достигается тем, что объектив с вынесенным входным зрачком для ближней ИК-области спектра, состоящий из трех линзовых групп, отличается тем, что первая линзовая группа состоит из двух компонентов - одиночной двояковыпуклой линзы и склеенной линзы с положительной оптической силой, вторая линзовая группа состоит из одиночной двояковыпуклой линзы, а третья линзовая группа состоит из двух последовательно расположенных выпукло-вогнутых менисковых линз с положительным фокусным расстоянием и третьей выпукло-вогнутой менисковой линзы с отрицательным фокусным расстоянием, при этом между толщинами и фокусными расстояниями линзовых групп соблюдены следующие соотношения:

1<d1/F1<1,4;

0,1<d2/F2<0,3;

0,5<d3/F3<0,8,

где d1 - толщина по оси первой линзовой группы;

d2 - толщина по оси второй линзовой группы;

d3 - толщина по оси третьей линзовой группы;

F1 - фокусное расстояние первой линзовой группы;

F2 - фокусное расстояние второй линзовой группы;

F3 - фокусное расстояние третьей линзовой группы, причем

объектив имеет фокусное расстояние минус 13 мм, длина всего объектива составляет 9Fo, задний отрезок составляет 1Fo, а вынос входного зрачка составляет 1,3Fo, где Fo - фокусное расстояние объектива по модулю.

По второму варианту это достигается тем, что объектив с вынесенным входным зрачком для ближней ИК-области спектра, состоящий из трех линзовых групп, отличается тем, что первая линзовая группа состоит из двух компонентов - одиночной двояковыпуклой линзы и склеенной линзы с положительной оптической силой, вторая линзовая группа состоит из одиночной двояковыпуклой линзы, а третья линзовая группа состоит из двух последовательно расположенных выпукло-вогнутых менисковых линз с положительным фокусным расстоянием и третьей выпукло-вогнутой менисковой линзы с отрицательным фокусным расстоянием, при этом между толщинами и фокусными расстояниями линзовых групп соблюдены следующие соотношения:

0,8<d1/F1<1,2;

0,1<d2/F2<0,3;

0,35<d3/F3<0,65,

где d1 - толщина по оси первой линзовой группы;

d2 - толщина по оси второй линзовой группы;

d3 - толщина по оси третьей линзовой группы;

F1 - фокусное расстояние первой линзовой группы;

F2 - фокусное расстояние второй линзовой группы;

F3 - фокусное расстояние третьей линзовой группы, причем

объектив имеет фокусное расстояние минус 16,6 мм, длина всего объектива составляет 6Fo, задний отрезок составляет 1Fo, а вынос входного зрачка составляет 1,2Fo, где Fo - фокусное расстояние всего объектива по модулю.

Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:

Фиг. 1 - оптическая схема первого варианта объектива с вынесенным входным зрачком;

Фиг. 2 - оптическая схема второго варианта объектива с вынесенным входным зрачком;

Фиг. 3 - график частотно-контрастной характеристики первого варианта объектива с вынесенным входным зрачком;

Фиг. 4 - график частотно-контрастной характеристики второго варианта объектива с вынесенным входным зрачком.

Поставленная задача в первом варианте достигается за счет разработки объектива с вынесенным входным зрачком, содержащего двояковыпуклую линзу, склеенную линзу, которая содержит двояковыпуклую линзу и вогнуто-выпуклую отрицательную менисковую линзу, двояковыпуклую линзу, выпукло-вогнутую положительную менисковую линзу, выпукло-вогнутую менисковую положительную линзу и выпукло-вогнутую менисковую отрицательную линзу.

Выполнение второго компонента склеенным из двояковыпуклой линзы и вогнуто-выпуклого отрицательного мениска является оптимальным для коррекции остаточных хроматических аберраций.

Все компоненты, за исключением вогнуто-выпуклого отрицательного мениска во втором компоненте, выполнены из одной марки стекла.

Плоскопараллельная пластина, установленная в плоскости изображения, должна быть учтена при аберрационной коррекции, поскольку располагается в сходящемся пучке падающих на матрицу лучей. Пластина является элементов приемника изображения и должна обеспечивать ее функционирование.

Объектив с вынесенным входным зрачком (фиг. 1) содержит последовательно расположенные по ходу луча апертурную диафрагму (далее - АД), двояковыпуклую линзу 1, двояковыпуклую линзу 2 и склеенную с ней вогнуто-выпуклую линзу 3, двояковыпуклую линзу 4, выпукло-вогнутую линзу 5, выпукло-вогнутую линзу 6 и выпукло-вогнутую линзу 7, после которой расположена плоскопараллельная пластина 8, защищающая светочувствительный слой МФПУ 9.

Объектив работает следующим образом: световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через входной зрачок объектива, которым является АД, далее проходит элементы 1-3, после чего формируется промежуточное изображение, которое далее перебрасывается элементами 4-8 в фокальную плоскость, совмещенную с плоскостью светочувствительного слоя МФПУ 9.

Поставленная задача во втором варианте достигается за счет разработки объектива с вынесенным входным зрачком, содержащего двояковыпуклую линзу, склеенную линзу, которая содержит двояковыпуклую линзу и вогнуто-выпуклую отрицательную менисковую линзу, двояковыпуклую линзу, выпукло-вогнутую положительную менисковую линзу, выпукло-вогнутую менисковую положительную линзу и выпукло-вогнутую менисковую отрицательную линзу.

Выполнение второго компонента склеенным из двояковыпуклой линзы и вогнуто-выпуклого отрицательного мениска является оптимальным для коррекции остаточных хроматических аберраций.

Все компоненты, за исключением вогнуто-выпуклого отрицательного мениска во втором компоненте, выполнены из одной марки стекла.

Плоскопараллельная пластина, установленная в плоскости изображения, должна быть учтена при аберрационной коррекции, поскольку располагается в сходящемся пучке падающих на матрицу лучей. Пластина является элементов приемника изображения и должна обеспечивать ее функционирование.

Объектив с вынесенным входным зрачком (фиг. 2) содержит последовательно расположенные по ходу луча апертурную диафрагму (далее - АД), двояковыпуклую линзу 1, двояковыпуклую линзу 2 и склеенную с ней вогнуто-выпуклую линзу 3, двояковыпуклую линзу 4, выпукло-вогнутую линзу 5, выпукло-вогнутую линзу 6 и выпукло-вогнутую линзу 7, после которой расположена плоскопараллельная пластина 8, защищающая светочувствительный слой МФПУ 9.

Объектив работает следующим образом: световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через входной зрачок объектива, которым является АД, далее проходит элементы 1-3, после чего формируется промежуточное изображение, которое далее перебрасывается элементами 4-8 в фокальную плоскость, совмещенную с плоскостью светочувствительного слоя МФПУ 9.

В таблице приведены технические характеристики объектива с вынесенным входным зрачком в двух вариантах.

Таким образом, предлагаемый объектив с вынесенным входным зрачком для ближней ИК-области спектра, обладающий совокупностью указанных отличительных признаков, в сравнении с прототипом позволяет при максимально возможном удалении входного зрачка обеспечить минимальную дисторсию и сохранить высокое качество оптического изображения, а также повысить технологичность за счет уменьшения количества марок бесцветного оптического стекла.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, работающим с матричным фотоприемным устройством в ближней инфракрасной области спектра. Объектив содержит три линзовые группы. Первая линзовая группа состоит из двух компонентов - одиночной двояковыпуклой линзы и склеенной линзы с положительной оптической силой, состоящей из двояковыпуклой линзы и вогнуто-выпуклой менисковой линзы с отрицательным фокусным расстоянием. Вторая линзовая группа состоит из одиночной двояковыпуклой линзы. Третья линзовая группа состоит из двух последовательно расположенных выпукло-вогнутых менисковых линз с положительным фокусным расстоянием и третьей выпукло-вогнутой менисковой линзы с отрицательным фокусным расстоянием. Техническим результатом является обеспечение максимального удаления входного зрачка при сохранении поперечных размеров объектива, минимальной дисторсии. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Объектив с вынесенным входным зрачком для ближней ИК-области спектра, состоящий из трех линзовых групп, отличающийся тем, что первая линзовая группа состоит из двух компонентов - одиночной двояковыпуклой линзы и склеенной линзы с положительной оптической силой, вторая линзовая группа состоит из одиночной двояковыпуклой линзы, а третья линзовая группа состоит из двух последовательно расположенных выпукло-вогнутых менисковых линз с положительным фокусным расстоянием и третьей выпукло-вогнутой менисковой линзы с отрицательным фокусным расстоянием, при этом между толщинами и фокусными расстояниями линзовых групп соблюдены следующие соотношения:

1<d1/F1<1,4;

0,1<d2/F2<0,3;

0,5<d3/F3<0,8,

где d1 - толщина по оси первой линзовой группы;

d2 - толщина по оси второй линзовой группы;

d3 - толщина по оси третьей линзовой группы;

F1 - фокусное расстояние первой линзовой группы;

F2 - фокусное расстояние второй линзовой группы;

F3 - фокусное расстояние третьей линзовой группы, причем

объектив имеет фокусное расстояние минус 13 мм, длина всего объектива составляет 9Fo, задний отрезок составляет 1Fo, а вынос входного зрачка составляет 1,3Fo, где Fo - фокусное расстояние объектива по модулю.

2. Объектив с вынесенным входным зрачком для ближней ИК-области спектра, состоящий из трех линзовых групп, отличающийся тем, что первая линзовая группа состоит из двух компонентов - одиночной двояковыпуклой линзы и склеенной линзы с положительной оптической силой, вторая линзовая группа состоит из одиночной двояковыпуклой линзы, а третья линзовая группа состоит из двух последовательно расположенных выпукло-вогнутых менисковых линз с положительным фокусным расстоянием и третьей выпукло-вогнутой менисковой линзы с отрицательным фокусным расстоянием, при этом между толщинами и фокусными расстояниями линзовых групп соблюдены следующие соотношения:

0,8<d1/F1<1,2;

0,1<d2/F2<0,3;

0,35<d3/F3<0,65,

где d1 - толщина по оси первой линзовой группы;

d2 - толщина по оси второй линзовой группы;

d3 - толщина по оси третьей линзовой группы;

F1 - фокусное расстояние первой линзовой группы;

F2 - фокусное расстояние второй линзовой группы;

F3 - фокусное расстояние третьей линзовой группы, причем

объектив имеет фокусное расстояние минус 16,6 мм, длина всего объектива составляет 6Fo, задний отрезок составляет 1Fo, а вынос входного зрачка составляет 1,2Fo, где Fo - фокусное расстояние всего объектива по модулю.