Инфракрасный объектив с двумя полями зрения

Инфракрасный объектив с двумя полями зрения относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использован в тепловизорах. Содержит неподвижный первый компонент, содержащий первую положительную выпукло-вогнутую линзу и вторую положительную двояковыпуклую линзу, подвижный второй компонент, содержащий отрицательную двояковогнутую линзу, и неподвижный третий компонент, содержащий первую положительную двояковыпуклую линзу и вторую положительную выпукло-вогнутую линзу. Подвижный второй компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси между первой и второй линзами неподвижного первого компонента. Вторая поверхность первой положительной выпукло-вогнутой линзы неподвижного первого компонента и первая поверхность первой положительной двояковыпуклой линзы неподвижного третьего компонента выполнены асферо-дифракционными. Вторая поверхность второй положительной двояковыпуклой линзы неподвижного первого компонента и первая поверхность отрицательной двояковогнутой линзы подвижного второго компонента выполнены асферическими. Достигается повышение энергетических характеристик и углового разрешения объектива за счет увеличения диаметра входного зрачка и фокусного расстояния. 1 н.п. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Полезная модель относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах.

Известны объективы с двумя полями зрения для среднего инфракрасного диапазона (см. патенты US 2012/022914 A1, МПК⁷ G02B 15/14 публ. 13.09.2012 г., US 6424460 B1, МПК⁷ G02B 15/14 публ. 23.07.2002 г.) с фокусными расстояниями 508/258 мм, 160/53 мм и относительными отверстиями 1:2 и 1:2,5 соответственно, в которых смена полей зрения осуществляется перемещением одного из компонентов вдоль оптической оси. Недостатком первого из указанных объективов являются большие габариты входных линз, большое количество используемых материалов и малая кратность изменения полей зрения. Недостатком второго объектива являются малые относительное отверстие и фокусное расстояние в узком поле зрения, большое количество используемых материалов.

Также известен объектив для дальнего инфракрасного диапазона (см. патент RU 2400784 C1, МПК⁷ G02B 13/14 публ. 27.09.2010 г.), содержащий десять линз, с фокусным расстоянием 210/70 мм и относительным отверстием 1:2, смена полей зрения осуществляется перемещением двух компонентов вдоль оптической оси. Недостатками этого объектива являются большое количество линз, наличие двух перемещаемых компонентов и величина их перемещения (для одного из компонентов более 100 мм).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объективу, принятым за прототип, является инфракрасный объектив с двумя полями зрения (см. патент US 2010/0033578 A1, МПК⁷ G02B 15/14 публ. 11.02.2010 г.), состоящий из трех компонентов: неподвижных первого и третьего и подвижного второго. Неподвижный первый компонент содержит первую отрицательную выпукло-вогнутую линзу из германия, вторую положительную двояковыпуклую линзу из селенида цинка с асферическими поверхностями, третью отрицательную выпукло-вогнутую линзу из фтористого кальция, четвертую положительную выпукло-вогнутую линзу из селенида цинка и пятую отрицательную выпукло-вогнутую линзу из германия, второй подвижный компонент содержит отрицательную вогнуто-выпуклую линзу из германия с асферическими поверхностями, третий неподвижный компонент содержит первую положительную двояковыпуклую линзу из германия с асферическими поверхностями и вторую положительную двояковыпуклую линзу из германия. Изменение поля зрения осуществляется путем перемещения подвижного компонента вдоль оптической оси в пространстве между первым и третьим компонентами. Объектив работает с относительным отверстием 1:2,7, в узком поле зрения фокусное расстояние объектива f_max=180 мм, диаметр входного зрачка 66,7 мм, в широком поле зрения - f_min=60 мм, диаметр входного зрачка 22,2 мм.

Недостатками этого инфракрасного объектива являются малые значения диаметра входного зрачка, при котором на фотоприемник тепловизора поступает малый поток излучения от объектов наблюдения, и фокусного расстояния, не обеспечивающего достаточного углового разрешения, что уменьшает дальность действия прибора.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение энергетических характеристик и углового разрешения инфракрасного объектива с двумя полями зрения за счет увеличения диаметра входного зрачка и фокусного расстояния.

Указанная цель достигается тем, что в инфракрасном объективе с двумя полями зрения, состоящем из неподвижного первого компонента, содержащего первую выпукло-вогнутую линзу и вторую положительную двояковыпуклую линзу, вторая поверхность которой выполнена асферической, подвижного второго компонента, содержащего отрицательную линзу, первая поверхность которой выполнена асферической, установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, и неподвижного третьего компонента, содержащего первую двояковыпуклую и вторую положительные линзы, первая линза первого неподвижного компонента выполнена положительной, линза второго подвижного компонента выполнена двояковогнутой, вторая линза третьего неподвижного компонента выполнена выпукло-вогнутой, при этом вторая поверхность первой линзы первого неподвижного компонента и первая поверхность первой линзы третьего неподвижного компонента выполнены асферо-дифракционными, кроме того, второй подвижный компонент расположен между первой и второй линзами неподвижного первого компонента.

На чертеже представлена оптическая схема инфракрасного объектива с двумя полями зрения.

Инфракрасный объектив с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента I, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу 1 и вторую положительную двояковыпуклую линзу 2, подвижного второго компонента II, содержащего отрицательную двояковогнутую линзу 3, и неподвижного третьего компонента III, содержащего первую положительную двояковыпуклую линзу 4 и вторую положительную выпукло-вогнутую линзу 5. Подвижный второй компонент расположен с возможностью перемещения вдоль оптической оси между первой 1 и второй 2 линзами неподвижного первого компонента I. Вторая поверхность первой положительной выпукло-вогнутой линзы 1 неподвижного первого компонента I и первая поверхность первой положительной двояковыпуклой линзы 4 неподвижного третьего компонента III выполнены асферо-дифракционными. Вторая поверхность второй положительной двояковыпуклой линзы 2 неподвижного первого компонента I и первая поверхность отрицательной двояковогнутой линзы 3 подвижного второго компонента II выполнены асферическими.

В таблице 1 приведены технические характеристики объектива.

Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 2.

Таблица 2
Линза	Радиус сферической поверхности, мм	Толщина по оси, мм	Материал
1	r1=201,7	d 1=17	Кремний
	r2=344,3 1)
		d2=137(112)
2	r3=-137,5 2)	d3=5	Германий
	r4=146
		d4=8 (33)
3	r5=253,5	d 5=7	Кремний
	r6=-146,2 3)
		d6=125
4	r7=111,3 4)	d7=5	Германий
	r8=-326,3
		d8=1
5	r9=15,9	d9 =4	Кремний
	r10=13,27
		d10=33.3
1) , 4) - асферо-диффракционная поверхность;
2), 3) - асферическая поверхность.

Как видно из таблицы 2, линзы объектива выполнены из двух оптических материалов: германия и кремния. Комбинация этих материалов, выбор оптических сил и формы линз, а также выполнение поверхностей линзы 1 и линзы 4 асферо-дифракционными обеспечивают высокое качество изображения. В таблице 3 приведены расчетные значения концентрации энергии, характеризующие качество изображения объектива.

Инфракрасный объектив с двумя полями зрения работает следующим образом: параллельный пучок лучей инфракрасного излучения проходит через все линзы объектива, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами и материалами линз и фокусируется на оптической оси в фокальной плоскости. Наклонные пучки лучей также проходят через все линзы объектива и фокусируются соответственно в других точках фокальной плоскости.

Смена полей зрения (фокусного расстояния) объектива осуществляется перемещением линзы 3 подвижного второго компонента II вдоль оптической оси в пространстве между линзами 1 и 2 неподвижного первого компонента I на 25 мм.

Таким образом, выполнение инфракрасного объектива с двумя полями зрения в соответствии с формулой заявляемых материалов позволяет повысить его энергетические характеристики и угловое разрешение за счет увеличения в 2,4 раза диаметра входного зрачка и в 1,8 раза фокусного расстояния.

Инфракрасный объектив с двумя полями зрения, состоящий из неподвижного первого компонента, содержащего первую выпукло-вогнутую линзу и вторую положительную двояковыпуклую линзу, вторая поверхность которой выполнена асферической, подвижного второго компонента, содержащего отрицательную линзу, первая поверхность которой выполнена асферической, установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, и неподвижного третьего компонента, содержащего первую двояковыпуклую и вторую положительные линзы, отличающийся тем, что первая линза первого неподвижного компонента выполнена положительной, линза второго подвижного компонента выполнена двояковогнутой, вторая линза третьего неподвижного компонента выполнена выпукло-вогнутой, при этом вторая поверхность первой линзы первого неподвижного компонента и первая поверхность первой линзы третьего неподвижного компонента выполнены асферо-дифракционными, кроме того, второй подвижный компонент расположен между первой и второй линзами неподвижного первого компонента.

РИСУНКИ