Светосильный объектив

Авторы патента:

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, работающим в ИК-диапозоне длин волн и может быть использована в тепловизионных приборах.

Задачей полезной модели является повышение качества изображения объектива и увеличение относительного отверстия.

Светосильный объектив содержит три компонента, первый и третий компоненты которого положительные мениски, обращенные выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, при этом вогнутая поверхность первого компонента выполнена асферической, фокусное расстояние второго компонента по абсолютной величине составляет 2,6...4 фокусного расстояния светосильного объектива, а отношение фокусных расстояний первого и третьего компонентов равно 0,72...0,78 по абсолютной величине.

Известен светосильный объектив [1], работающий в диапазоне от 8 до 12,5 мкм, содержащий три компонента, первый из которых положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй - плосковогнутая линза, третий компонент - плосковыпуклая линза. Известный объектив имеет большое поле зрения 11°30' при относительном отверстии 1:2. Недостатками объектива являются невозможность увеличения относительного отверстия и существенного улучшения качества изображения по всему полю.

Из известных объективов, наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническому решению является объектив [2], содержащий три компонента, первый из которых положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к предмету, второй - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент - положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов. Апертурная диафрагма расположена на первой поверхности второй линзы. Объектив имеет фокусное расстояние 148 мм, относительное отверстие 1:1.65, угол поля зрения 6°. Недостатками объектива являются невысокое качество изображения и недостаточное относительное отверстие.

Поставленная задача решается тем, что в светосильном объективе, содержащем три компонента, первый и третий компоненты которого

положительные мениски, обращенные выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, в отличие от прототипа, вогнутая поверхность первого компонента выполнена асферической, фокусное расстояние второго компонента по абсолютной величине составляет 2,6...4 фокусного расстояния светосильного объектива, а отношение фокусных расстояний первого и третьего компонентов равно 0,72...0,78 по абсолютной величине.

Выполнение вогнутой поверхности первого компонента асферической, выбор фокусных расстояний третьего и первого компонентов таким образом, чтобы их отношение было равно 0,72...0,78, и выбор фокусного расстояния второго компонента по абсолютной величине в пределах 2,6...4 фокусного расстояния светосильного объектива позволяет исправить сферическую аберрацию, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков, что приводит к повышению качества изображения при одновременном увеличении относительного отверстия до 1:1.4.

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого светосильного объектива.

На фиг.2 представлены конструктивные параметры линз светосильного объектива с относительным отверстием 1:1.4 и угловым полем зрения в пространстве предметов 2w=6°24' и характеристики использованных оптических материалов, где r - радиусы кривизны поверхностей линз,

d - расстояния между поверхностями линз, n - показатель преломления материала.

На фиг.3 приведены графики расчетных полихроматических частотно-контрастных характеристик (ЧКХ) светосильного объектива для меридионального (М) и сагиттального (S) сечений в плоскости наилучшей установки.

ЧКХ светосильного объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности, приведенной в таблице ниже:

,нм	8000	9000	1000	1200	1400
			0	0	0
С	0.85	0.95	0.95	1	0.98

где С - коэффициент спектральной эффективности.

Светосильный объектив (фиг.1) состоит из трех компонентов 1, 2 и 3, последовательно расположенных на оптической оси. Первый 1 и третий 3 компоненты выполнены в виде положительных менисков, выпуклой поверхностью обращенных к пространству предметов, при этом их фокусные расстояния равны 183,8 мм и 134,3 мм соответственно. Вогнутая поверхность первого компонента 1 выполнена асферической. Второй компонент 2 представляет собой отрицательный мениск из селенида цинка с показателем преломления 2,4, обращенный вогнутостью к пространству изображений и его фокусное расстояние равно 472,8 мм по абсолютной величине. Первый 1 и третий 3 компоненты выполнены из оптического материала с показателем преломления более 4, например германия. Апертурная диафрагма 4 совпадает с первой поверхностью светосильного объектива.

Предлагаемый светосильный объектив работает в дальнем ИК-диапазоне от 8 до 14 мкм. Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики: фокусное расстояние f'=150 мм для =10 мкм, относительное отверстие 1:1.4, угол поля зрения 6°24'. Расстояние от первой поверхности светосильного объектива до плоскости изображения в этом объективе не превышает 1,3 f'. Светосильный объектив имеет для =8...14 мкм следующие аберрации: поперечная сферическая аберрация по всему поля зрения не превышает 0.04 мм (2w=6°24'), дисторсия не превышает 0.02% для края поля зрения (w=3°12'), меридиональный и сагиттальный астигматические отрезки -x'_m и x'_s не превышают 0.05 мм.

Расчетное количество лучистой энергии, содержащееся в кружке рассеяния диаметром 0.035 мм в рабочей области спектра для точки на оси 81%, для точки вне оси (w=3°12') - 79%.

Светосильный объектив работает следующим образом:

параллельный пучок света с углом поля зрения 2w=6,4° проходит через апертурную диафрагму 4 объектива, диаметром 107 мм, расположенный на первой поверхности и, преломившись через поверхности линз компонентов 1, 2, 3, фокусируется на площадке фотоприемника.

Графики ЧКХ (фиг.3) подтверждают, что объектив имеет высокую разрешающую способность в области спектра 8...14 мкм.

Таким образом, предложенный светосильный объектив позволяет увеличить относительное отверстие объектива и улучшить качество изображения по всему полю.

Источники информации:

1. RU 2189063, МПК G02В 13/14, публикация 2002 г.

2. RU 2187135, МПК G02В 13/14, публикация 2002. - прототип

Светосильный объектив, содержащий три компонента, первый и третий компоненты которого положительные мениски, обращенные выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, отличающийся тем, что вогнутая поверхность первого компонента выполнена асферической, фокусное расстояние второго компонента по абсолютной величине составляет 2,64 фокусного расстояния светосильного объектива, а отношение фокусных расстояний третьего и первого компонентов равно 0,720,78 по абсолютной величине.