Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в тепловизионных приборах с плавным изменением угловых размеров наблюдаемого пространства. Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, подвижных второго и третьего компонентов, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижных четвертого и пятого компонентов. При одновременном перемещении второго и третьего компонентов по определенному закону, осуществляется плавное изменение фокусного расстояния инфракрасного объектива. При этом излучение сначала фокусируется в плоскости промежуточного изображения, а затем линзами пятого компонента переносится в плоскость изображения объектива. Апертурная диафрагма инфракрасного объектива расположена в пространстве между неподвижным пятым компонентом и плоскостью изображения объектива. За счет выбора параметров компонентов достигается увеличение кратности изменения фокусного расстояния объектива.

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в тепловизионных приборах с плавным изменением угловых размеров наблюдаемого пространства.

Известен инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (см. заявку US 2011/0216398 1, МПК⁷ G02B 13/14, 13/18, публ. 08.09. 2011 г., схема на фиг. 4), содержащий первый неподвижный компонент с фокусным расстоянием f₁, второй подвижный компонент с фокусным расстоянием f₂, третий неподвижный компонент с фокусным расстоянием f₃ и четвертый подвижный компонент с фокусным расстоянием f₄. Фокусное расстояние объектива изменяется от 35 (f_min) до 100 (f_max) мм, кратность изменения фокусного расстояния =f_max/f_min=2,85^х, при этом выполнены следующие соотношения: f₁/f_max =1,25; f₂/f_max=-0,4; f₃/f _max=2,0. В объективе шесть асферических поверхностей.

Недостатком этого инфракрасного объектива является малая кратность изменения фокусного расстояния.

Также известна инфракрасная система с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (см. патент CN 102866485 А, МПК⁷ G02B 15/173, 15/20, публ. 01.09. 2013 г.), которая содержит пять линзовых компонентов и два плоских зеркала для изменения направления оптической оси. Первый, четвертый и пятый линзовые компоненты неподвижные, а второй и третий перемещаются вдоль оптической оси. Фокусное расстояние системы изменяется от 60 до 420 мм, кратность изменения фокусного расстояния =7^×. Длина системы от первой поверхности до плоскости изображения 760 мм, при этом второй подвижный компонент перемещается на 162,36 мм, а третий - на 7,5 мм. В системе четыре асферические и три асферо-дифракционные поверхности.

Недостатками такой инфракрасной системы является небольшая кратность изменения фокусного расстояния.

Наиболее близким к заявляемому объективу по технической сущности и количеству совпадающих признаков является инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (см. патент РФ на изобретение 2299454, МПК⁷ G02B 13/16, 13/14, публ. 25.05.2007 Бюл. 14), содержащий последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой и второй отрицательной двояковогнутой линз, и третий компонент в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, неподвижные четвертый компонент в виде положительной вогнуто-выпуклой линзы и пятый компонент, состоящий из двух положительных выпукло-вогнутых линз.

Объектив предназначен для работы в дальнем инфракрасном диапазоне спектра; фокусное расстояние изменяется от 60 мм до 300 мм, кратность изменения фокусного расстояния М=5^×. Изменение фокусного расстояния осуществляется одновременным перемещением вдоль оптической оси второго и третьего компонентов, причем второй компонент перемещается на 182 мм, а третий - на 67,6 мм от исходного положения. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения L составляет 443,75 мм; коэффициент телеукорочения . Объектив работает с относительным отверстием 1:2, при этом апертурная диафрагма совмещена с первой поверхностью первой линзы пятого компонента. В рассматриваемом объективе для фокусных расстояний первого f_I, второго f_II, пятого f_V компонентов и максимального фокусного расстояния выполнены следующие соотношения: f_I/f_max =1,22; f_II/f_max=-0,49; f_v/f _max=0,42.

Недостатком описанного инфракрасного объектива является небольшая кратность изменения фокусного расстояния.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение кратности плавного изменения фокусного расстояния.

Поставленная задача решается за счет того, что в инфракрасном объективе с плавно изменяющимся фокусным расстоянием, содержащем последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент, состоящий из положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой и второй отрицательной двояковогнутой линз, и третий компонент, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижные четвертый компонент, содержащий вогнуто-выпуклую линзу, и пятый компонент, состоящий из первой выпукло-вогнутой и второй положительной линз, линза третьего компонента выполнена положительной двояковыпуклой, в четвертом компоненте вогнуто-выпуклая линза выполнена отрицательной и дополнительно введена положительная выпукло-вогнутая линза, в пятом компоненте первая выпукло-вогнутая линза выполнена отрицательной, вторая положительная линза выполнена двояковыпуклой, причем в пространстве между неподвижными четвертым и пятым компонентами формируется промежуточное изображение, а апертурная диафрагма расположена в пространстве между неподвижным пятым компонентом и плоскостью изображения объектива.

На фигуре 1 представлена оптическая схема инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (расположение компонентов соответствует максимальному фокусному расстоянию 300 мм).

На фигуре 2а представлена оптическая схема инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием с ходом лучей, соответствующим расположению компонентов при максимальном фокусном расстоянии 300 мм.

На фигуре 2б представлена оптическая схема инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием с ходом лучей, соответствующим расположению компонентов при минимальном фокусном расстоянии 30 мм.

Объектив содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент I, состоящий из положительной выпукло-вогнутой линзы 1, подвижные второй компонент II, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой 2 и второй отрицательной двояковогнутой 3 линз, и третий компонент III, выполненный в виде положительной двояковыпуклой линзы 4, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижные четвертый компонент IV, состоящий из первой отрицательной вогнуто-выпуклой 5 и второй положительной выпукло-вогнутой 6 линз, и пятый компонент V, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой 7 и второй положительной двояковыпуклой 8 линз. В пространстве между неподвижными четвертым IV и пятым V компонентами формируется промежуточное изображение, а апертурная диафрагма 9 расположена между неподвижным пятым компонентом V и плоскостью изображения объектива. Дополнительно показано входное окно 10 приемника инфракрасного излучения, охлаждаемая диафрагма которого совмещена с апертурной диафрагмой 9 объектива.

Конструктивные параметры заявляемого инфракрасного объектива, работающего в спектральном диапазоне 8,012,0 мкм, приведены в таблице 1.

В таблице 2 приведены значения переменных воздушных промежутков для трех значений фокусного расстояния инфракрасного объектива.

В таблице 3 приведены параметры компонентов инфракрасного объектива.

Из таблицы 2 видно, что кратность изменения фокусного расстояния инфракрасного объектива М=10^× , что в 2 раза выше, чем в прототипе, причем повышение кратности обеспечивается расширением диапазона изменения фокусного расстояния в сторону минимального значения. Величина перемещения второго компонента _II=133,2-80,2=53 мм, третьего компонента _III=38,3-12,9=25,4 мм. Длина заявляемого инфракрасного объектива составляет 330 мм, коэффициент телеукорочения T _L=1,1.

Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-6 компонентов I, II, III и IV, при этом подвижные компоненты II и III занимают положение, соответствующее фокусному расстоянию f_max =300 мм (см. фиг. 2а), и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем линзами 7, 8 компонента V переносится в плоскость изображения объектива. Диаметр пучка излучения определяется диаметром апертурной диафрагмы 9, расположенной в пространстве между компонентом V и плоскостью изображения объектива.

При одновременном перемещении компонентов II и III, в соответствии с приведенными в таблице 2 значениями переменных воздушных промежутков, осуществляется плавное изменение фокусного расстояния инфракрасного объектива до f_min=30 мм (см. фиг. 2б). При этом излучение сначала фокусируется в плоскости промежуточного изображения, а затем линзами 7, 8 компонента V переносится в плоскость изображения объектива. Положение плоскости промежуточного изображения и положение плоскости изображения объектива при изменении фокусного расстояния остаются неизменными.

Таким образом, выполнение инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить кратность изменения фокусного расстояния до М=10 ^×, что в 2 раза выше, чем в прототипе.

Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием, содержащий последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент, состоящий из положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой и второй отрицательной двояковогнутой линз, и третий компонент, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижные четвертый компонент, содержащий вогнуто-выпуклую линзу, и пятый компонент, состоящий из первой выпукло-вогнутой и второй положительной линз, отличающийся тем, что линза третьего компонента выполнена положительной двояковыпуклой, в четвертом компоненте вогнуто-выпуклая линза выполнена отрицательной, и дополнительно введена положительная выпукло-вогнутая линза, в пятом компоненте первая выпукло-вогнутая линза выполнена отрицательной, вторая положительная линза выполнена двояковыпуклой, причем в пространстве между неподвижными четвертым и пятым компонентами формируется промежуточное изображение, а апертурная диафрагма расположена в пространстве между неподвижным пятым компонентом и плоскостью изображения объектива.

РИСУНКИ