Линзовый объектив для инфракрасной области спектра

 

Использование: оптическое приборостроение, используется в приборах, регистрирующих тепловое излучение в средней ИК-области спектра (3-5 мкм). Сущность изобретения: объектив содержит четыре компонента, первый из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Второй компонент отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к объекту. Третий и четвертый компоненты положительные мениски, обращенные вогнутостью к предмету и изображению соответственно. Третий компонент выполнен с оптической силой порядка 0,69 0,7 оптической силы объектива. Второй и четвертый компоненты выполнены из материала с показателем преломления не меньше 4,0, а третий мениск выполнен из материала с показателем преломления более 3,4. 2 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к линзовым светосильным объективам для тепловизионных приборов, работающих в средней инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в тепловизионных приборах, регистрирующих ИК-излучение, например, от 2 до 5 мкм.

Известен линзовый светосильный объектив для ИК-области спектра [1] Объектив содержит три компонента, первый и третий из которых положительные, выполненные в виде одиночных менисков, обращенных вогнутостью к изображению, а второй отрицательный, выполненный в виде одиночной плосковогнутой линзы, при этом первый и второй компоненты расположены близко друг к другу, а третий компонент отстоит от второго на расстоянии 0,78 фокусного расстояния объектива. Такое построение компонентов в сочетании с выбранными материалами (германий, кремний) позволяют получить объектив с относительным отверстием до 1:0,7, угловым полем зрения 6^о, при фокусном расстоянии 50 мм. Объектив работает в области спектра от 2 до 14 мкм.

Недостатком объектива является малое угловое поле зрения, что не позволяет использовать его в современных ИК-приборах, так как он ограничивает сектор обзора и не обеспечивает работу с современными приемниками (пировидикон, мозаичные и др. приемники с размером более 16 мм).

Известен также линзовый ИК-объектив [2] Объектив содержит два положительных компонента, первый из которых выполнен из трех одиночных линз, соответственно из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью друг к другу, за которыми установлена апертурная диафрагма, и третья линза выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к объекту с оптической силой порядка 0,001-0,0015 оптической силы объектива, а второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению. Все линзы объектива выполнены из германия. Такое построение компонентов позволило получить объектив с относительным отверстием до 1:0,7, угловым полем зрения до 21^о, при фокусном расстоянии 50 мм.

Недостатком объектива является то, что он не может работать в средней ИК-области спектра, так как имеет в этой области спектра неудовлетворительное качество изображения, кроме того, необходимо иметь объектив с увеличенным угловым полем зрения.

Наиболее близким по технической сущности является объектив для инфракрасной области спектра [3] Объектив содержит четыре линзы, первая, третья и четвертая из которых положительные, а вторая отрицательная. Все линзы выполнены из оптического стекла ТФ (тяжелый флинт). Линзы имеют оптические силы, первая от 0,4 до 0,6, вторая от 0,7 до 0,9, третья от 0,45 до 0,6 и четвертая от 0,8 до 1,0, при этом первая поверхность четвертой линзы выполнена параболоидальной. Такое построение линз в сочетании с оптическим материалом в них позволило получить объектив с относительным отверстием 1:1 и полем зрения до 55^о.

Недостатком объектива является то, что он может работать только в области спектра до 2,4 мкм и не может быть использован в тепловизионных приборах, регистрирующих тепловое излучение в средней ИК-области спектра (3-5 мкм).

Целью изобретения является создание объектива для тепловизионных приборов, работающих в средней ИК-области спектра с высоким относительным отверстием и достаточно большим полем зрения.

Цель достигается тем, что в объективе, содержащем четыре компонента, первый из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй отрицательная линза, третий и четвертый положительные линзы, при этом второй и третий компоненты выполнены в виде менисков, обращенных вогнутостью к предмету, а четвертый в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению. Второй и четвертый компоненты выполнены из материала с показателем преломления не менее 4,0, а третий выполнен из материала с показателем преломления не более 3,4 и с оптической силой, составляющей 0,69-0,7 оптической силы объектива.

На фиг. 1 приведена оптическая схема объектива; на фиг. 2 приведены графики остаточных аберраций объектива.

Предлагаемый объектив состоит из четырех линз 1-4. Линза 1 положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, из кремния, составляет первый компонент. Линза 2 отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, из германия, составляет второй компонент. Линза 3 положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, из кремния. Линза 4 положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, из германия, составляет третий компонент.

Предложенное построение линз в сочетании с выбранными в них материалами позволило получить объектив с увеличенным полем зрения и существенно улучшить коррекцию аберраций по всему полю зрения во всей рабочей области спектра.

Объектив имеет следующие характеристики: фокусное расстояние 50 мм, относительное отверстие 1:1, угловое поле зрения 32^о46'. Объектив работает в области спектра 3-5 мкм.

Как видно из фиг. 2, предлагаемый объектив имеет хорошее качество изображения и может быть использован в современных приборах, регистрирующих излучение в средней ИК-области спектра.

Формула изобретения

ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ ДЛЯ ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА, содержащий четыре компонента, первый из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй отрицательная линза, а третий и четвертый - положительные линзы, отличающийся тем, что второй и третий компоненты выполнены в виде менисков, обращенных вогнутостью к предмету, а четвертый в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению, при этом второй и четвертый компоненты выполнены из материала с показателем преломления не менее 4,0, а третий не более 3,4 и с оптической силой, составляющей 0,69 0,7 оптической силы объектива.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2