Светосильный объектив

Авторы патента:

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может быть использовано в тепловизионных приборах.

Задачей полезной модели является увеличение относительного отверстия при сохранении высокого качества изображений.

Светосильный объектив содержит четыре компонента и апертурную диафрагму, первый компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент - отрицательный, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, первый и второй компоненты выполнены из германия, в отличие от прототипа, второй компонент выполнен в виде вогнуто-плоской линзы, плоская поверхность которой обращена к пространству изображений, мениск третьего компонента выполнен положительным, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, апертурная диафрагма совпадает с выпуклой поверхностью первого компонента, а расстояние между первым и вторым компонентами d удовлетворяет условию 0,23f^`<d<0,25f^`, где f^` - фокусное расстояние объектива, причем третий компонент выполнен из германия, а четвертый компонент из селенида цинка.

2 илл.

Известен светосильный объектив [1], состоящий из четырех компонентов. Первый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Третий компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Четвертый компонент выполнен в виде положительной линзы. Апертурная диафрагма расположена между вторым и третим компонентами и оптически сопряжена с охлаждаемой диафрагмой приемника. Данной конструкцией реализуется объектив с фокусным расстоянием 22 мм, относительным отверстием 1:1,2 и углом поля зрения до 2W=18°. Недостатком является то, что при увеличении фокусного расстояния объектива поле зрения уменьшается, что обусловлено конструкцией объектива и при фокусном расстоянии объектива порядка 100 мм поле зрения не превышает 2W=2° даже при снижении относительного отверстия до 1:1,3.

Наиболее близким к предлагаемому объективу является светосильный объектив [2], состоящий из четырех компонентов. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент выполнен в виде положительной линзы. Первый, второй и четвертый компоненты выполнены из германия, а третий компонент выполнен из селенида цинка. Апертурная диафрагма расположена после четвертого компонента. Данной конструкцией реализуется объектив с фокусным расстоянием 100 мм, относительным отверстием 1:1,36 и углом поля зрения до 2W=7°. Недостатком прототипа является недостаточно высокое относительное отверстие.

Светосильный объектив содержит четыре компонента и апертурную диафрагму, первый компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент - отрицательный, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, первый и второй компоненты выполнены из германия, в отличие от прототипа, второй компонент выполнен в виде вогнуто-плоской линзы, плоская поверхность которой обращена к пространству изображений, мениск третьего компонента выполнен положительным, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, апертурная диафрагма совпадает с выпуклой поверхностью первого компонента, а расстояние между первым и вторым компонентами d удовлетворяет условию 0,23f^`<d<0,25f^` ,где f^` - фокусное расстояние объектива, причем третий компонент выполнен из германия, а четвертый компонент из селенида цинка.

Конструкция второго компонента, выполненного в виде вогнуто-плоской линзы, плоская поверхность которой обращена к пространству изображений, выбор знака третьего компонента, выполненного в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, выполнение четвертого компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, размещение апертурной диафрагмы на выпуклой поверхности первого компонента, выбор расстояния между первым и вторым компонентами d, удовлетворяющего условию 0,23f^`<d<0,25f^`, где f^` - фокусное расстояние объектива, обеспечили высокую степень коррекции сферической аберрации, комы, аберраций широких наклонных пучков при относительном отверстии объектива 1:1.

Выполнение первого, второго и третьего компонентов из германия, а четвертого компонента из селенида цинка обеспечивает хорошее исправление хроматических аберраций.

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого светосильного объектива.

На фиг.2 приведены конструктивные параметры светосильного объектива.

Светосильный объектив (фиг.1) состоит из четырех компонентов. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска 1, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент представляет собой вогнуто-плоскую линзу 2, обращенную плоской поверхностью к пространству изображений. Третий компонент выполнен в виде положительного мениска 3, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Четвертый компонент представляет собой отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Расстояние между первым и вторым компонентами равно 22 мм, что составляет 0,24 фокусного расстояния объектива. Апертурная диафрагма 6 совпадает с выпуклой поверхностью первого компонента. Первый, второй и третий компоненты выполнены из германия, а четвертый компонент - из селенида цинка.

Светосильный объектив рассчитывался с плоско-параллельной пластиной 5 из германия толщиной 9 мм.

Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через апертурную диафрагму, линзы 1, 2, 3, 4, плоскопараллельную пластину 5, и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения.

В соответствии с предложенным решением рассчитан светосильный объектива для дальнего ИК-диапазона =(7,514) мкм. Фокусное расстояние объектива - 91,3 мм, относительное отверстие 1:1, угол поля зрения - 2W=7°30^`. Высокая степень коррекции аберраций позволила получить концентрацию энергии в кружке диаметром 0,025 мм не менее 79% для точки на оси и 77% для края поля зрения.

Источники информации

1. Патент US 5909307, публикация 1999 г, МПК G02B 13/14

2. Патент BY 10796, публикация 2008, МПИ G02B 13/14 - прототип.

Светосильный объектив, содержащий четыре компонента и апертурную диафрагму, первый компонент которого положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент - отрицательный, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, первый и второй компоненты выполнены из германия, отличающийся тем, что второй компонент выполнен в виде вогнуто-плоской линзы, плоская поверхность которой обращена к пространству изображений, мениск третьего компонента выполнен положительным, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, апертурная диафрагма совпадает с выпуклой поверхностью первого компонента, а расстояние d между первым и вторым компонентами удовлетворяет условию 0,23f^`<d<0,25f^`, где f^` - фокусное расстояние объектива, причем третий компонент выполнен из германия, а четвертый компонент из селенида цинка.