Светосильный объектив

Авторы патента:

Малькин Андрей Александрович (RU)

G02B9/60 - с пятью линзами

G02B11/30 - с пятью линзами

Владельцы патента RU 2545465:

Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" (RU)

Светосильный объектив может использоваться в приборах совместно с матричными приемниками. Объектив содержит расположенные последовательно по ходу луча двояковогнутую линзу, блок из двух положительных менисков, обращенных выпуклостями друг к другу, двояковыпуклую линзу и компонент в виде склеенных друг с другом двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Одиночная двояковыпуклая линза выполнена из оптического стекла с коэффициентом дисперсии более 90. Технический результат - расширение рабочей области спектрального диапазона от 0,4 до ближней инфракрасной (1 мкм) с сохранением высокого качества изображения. Относительное отверстие объектива 1:1,4, угловое поле зрения 88°. 1 ил., 2 диаграммы, 1 табл.

Изобретение относится к оптическим приборам и может использоваться для создания светосильных объективов с расширенным спектральным диапазоном, работающих с матричными приемниками.

Известны объективы, применяемые в приборах ночного видения, работающие в видимой и ближней ИК-области спектра, например светосильный объектив по патенту РФ №2178194, опубл. 10.01.2002 г. Объектив содержит пять компонентов, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к изображению, второй - двояковыпуклая линза, третий - двояковогнутая линза, четвертый - двояковыпуклая линза и пятый - положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к предмету. Относительное отверстие объектива 1:2, угловое поле зрения в пространстве предметов 48°, рабочий спектральный диапазон 0,6…1,0 мкм. Как видим, спектральный диапазон довольно узок и объектив не решает поставленную задачу.

Ближайшим по конструктивному исполнению к предлагаемому является светосильный объектив с увеличенным задним фокальным отрезком по авт. свид. СССР №781732, опубл. 23.11.1980 г., содержащий четыре компонента, первый из которых - отрицательный в виде склеенного мениска, обращенного выгнутостью к предмету, второй - вогнуто-выпуклый мениск, третий - выпукло-вогнутый положительный мениск, четвертый - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Второй компонент расположен от первого на расстоянии 0,3-0,4 фокусного расстояния объектива, а каждый из последующих компонентов относительно своего предыдущего расположен на расстоянии не более 0,01 фокусного расстояния объектива. Второй и третий компоненты (мениски) являются общим блоком, рассчитанным на минимум сферической аберрации. Объектив имеет увеличенные относительное отверстие и угол поля зрения, но конкретные их величины не указаны. Не указана также область спектрального диапазона, в которой предназначено работать объективу, но очевидно, что это видимый спектральный диапазон.

Техническим результатом изобретения является расширение рабочей области спектра от 0,4 мкм до ближней инфракрасной (1 мкм), увеличение относительного отверстия до 1:1,4 и увеличение угла поля зрения в пространстве предметов до 88° с сохранением высокого качества изображения в указанном спектральном диапазоне.

Технический результат достигается тем, что в светосильном объективе, включающем отрицательный компонент, блок из двух положительных менисков, обращенных выпуклостями друг к другу, и положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, в отличие от известного, отрицательный компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, положительный мениск - в виде склеенных друг с другом двояковыпуклой и двояковогнутой линз, перед которыми дополнительно введена двояковыпуклая линза, выполненная из стекла с коэффициентом дисперсии более 90.

Выполнение первого компонента в виде двояковогнутой линзы обеспечивает увеличение угла поля зрения при сохранении высокого качества изображения по всему полю. Группа из двух последних компонентов - двояковыпуклой линзы и положительного двусклеенного мениска - и выполнение двояковыпуклой линзы из стекла с коэффициентом дисперсии более 90 обеспечивают расширение рабочего спектрального диапазона объектива от видимой до ближней ИК-области спектра (1 мкм). Апертурная диафрагма расположена между двояковыпуклой линзой, выполненной из стекла с коэффициентом дисперсии более 90, и двусклеенным компонентом и обеспечивает получение большого значения относительного отверстия - 1:1,4.

Оптическая схема объектива поясняется чертежом и диаграммами, где:

диаграмма 1 - частотно-контрастная характеристика;

диаграмма 2 - вторичный спектр и остаточный хроматизм объектива.

Предложенный объектив показан на чертеже и содержит двояковогнутую линзу 1, положительный мениск 2, обращенный выпуклостью к изображению, положительный мениск 3, обращенный выпуклостью к предмету, двояковыпуклую линзу 4 и положительный компонент, склеенный из двояковыпуклой линзы 5 и двояковогнутой линзы 6. Линза 4 и компонент из линз 5 и 6 разделены апертурной диафрагмой 7 и образуют группу 8.

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан объектив со следующими характеристиками:

фокусное расстояние объектива f′=5,58 мм;

задний фокальный отрезок S′_F′=6,24 мм;

относительное отверстие - 1:1,4;

угловое поле в пространстве предметов - 88°;

спектральный диапазон - (0,4…1) мкм;

длина оптической системы - 6,21f′.

Радиус, мм	Толщина, мм	Показатель преломления для λ=0,546 мкм	Коэффициент дисперсии для λ=0,546 мкм	Марка стекла	Световой диаметр, мм
R₁=-71,94	d₁=1	1,617772	39,76	БФ21	11,3
R₂=6,02	d₂=7,9				8,6
R₃=-32,43	d₃=5,5	1,746231	27,94	ТФ4	7,9
R₄=-16,368	d₄=0,78				9,9
R₅=9,954	d₅=4,l	1,761712	27,32	ТФ5	10,4
R₆=6,607	d₆=l,04				8,7
R₇=7,87	d₇=6,5	1,4485	91,53	ОК4	9,5
R₈=-11,108	d₈=0,8				9,4
R₉=10,814	d₉=4,2	1,615506	60,33	ТК14	8,4
R₁₀=-6,637	d₁₀=2,9	1,761712	27,32	ТФ5	8,1
R₁₁=83,56					7,9

Объектив работает следующим образом: параллельный световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит последовательно через компоненты 1-6 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического изображения (не показан).

Частотно-контрастная характеристика данного объектива в спектральном диапазоне: 0,4-1 мкм, представлена на диаграмме 1.

Из диаграммы 1 следует, что объектив имеет высокое значение коэффициента передачи контраста (КПК) на частоте 62 мм^-1 как для осевого пучка лучей (0,6 - вторая кривая сверху), так и для внеосевых пучков (более 0,3), что подтверждает высокое качество изображения, получаемое объективом.

Вторичный спектр и остаточный хроматизм представленного объектива показан на диаграмме 2.

Диаграмма 2 показывает, что величина остаточного хроматизма представленного объектива не превышает 0,011f′, что говорит о хорошем исправлении хроматических аберраций во всем спектральном диапазоне работы объектива.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата по сравнению с ближайшим аналогом: расширен спектральный диапазон работы до 0,4…1,0 мкм вместо 0,6…1,0 мкм (при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю), получено относительное отверстие объектива 1:1,4 и угловое поле зрения в пространстве предметов 88.

Светосильный объектив, включающий отрицательный компонент, блок из двух положительных менисков, обращенных выпуклостями друг к другу, и положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, отличающийся тем, что отрицательный компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, положительный мениск - в виде склеенных друг с другом двояковыпуклой и двояковогнутой линз, а перед ними дополнительно введена двояковыпуклая линза, выполненная из оптического стекла с коэффициентом дисперсии более 90.

Инфракрасный объектив может быть использован в тепловизорах. Объектив содержит три компонента.

Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив среднего увеличения // 2535586

Микрообъектив содержит последовательно расположенные пять компонентов. Первый компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству изображения.

Объектив // 2532560

Изобретение может быть использовано в качестве объектива телевизионной камеры с ПЗС-матрицей и фотоприемника дальномера. Объектив содержит по ходу луча первый компонент в виде положительной склеенной линзы из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент в виде положительного мениска, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий компонент в виде мениска, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, спектроделительный блок, разделяющий длину волны лазерного излучения и спектральный диапазон чувствительности ПЗС-матрицы, с которым оптически связан четвертый компонент, выполненный в виде отрицательной линзы.

Объектив для прибора ночного видения // 2504808

Объектив может быть использован в пассивных и активно-импульсных ПНВ совместно с ЭОП 2, 2+ и 3-го поколений. Объектив содержит первый положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью в сторону второго компонента, второй отрицательный компонент, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, четвертую двояковыпуклую линзу, третий и пятый отрицательные мениски, обращенные вогнутыми поверхностями в сторону четвертой линзы.

Двухдиапазонный инфракрасный объектив // 2503047

Объектив может использоваться в тепловизионных приборах с матричными приемниками, регистрирующими изображение в фиксированной плоскости. Объектив содержит четыре компонента.

Двухдиапазонный инфракрасный светосильный объектив // 2475787

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам для инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в технологических установках по проверке параметров матричных приемников теплового излучения, применяемых в тепловизорах.

Пластмассово-линзовый объектив апохромат // 2464600

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться как объектив цифровых фотоаппаратов мобильных телефонов или массовых видеокамер наблюдения, работающих в режиме «день-ночь», т.е.

Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в двух ик-спектральных областях // 2463633

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в качестве объектива тепловизионных приборов для наблюдения и опознавания объектов по тепловому излучению.

Светосильный широкоугольный линзовый объектив для инфракрасной области спектра // 2434256

Проекционный объектив // 2433433

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к проекционным объективам, и может быть использовано, например, в устройствах переноса изображения, формируемого на выходном окне рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОП) или другого электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу.

Светосильный объектив // 2351967

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных приборах, в частности в телекамерах, работающих с приемной матрицей, например, в ИК-диапазоне длин волн.

Светосильный объектив для ближней ик-области спектра // 2315341

Широкоугольный светосильный объектив // 2176096

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве широкоугольного светосильного объектива к миниатюрным телевизионным камерам, использующимся как "дверной телеглазок" для просмотра пространства за квартирной дверью и в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Объектив с вынесенным входным зрачком // 2172970

Светосильный объектив // 2154292

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в приборах ночного видения. .

Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком (варианты) // 2132561

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам для миниатюрных телевизионных камер, работающих на ПЗС-матрицах. .

Пятилинзовый светосильный объектив // 2106665

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве объектива для телевизионных ПЗС-камер. .

Светосильный проекционный объектив // 1674042

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к проекционным системам широкого применения. .

Светосильный объектив с изломом оптической оси // 1642425

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных приборах, работающих при пониженной освещенности объектов. .

Фотографический объектив // 1619219

Изобретение относится к оптическому приборостроению и м.б. .

Светосильный объектив // 2560748

Светосильный объектив может использоваться в приборах ночного видения. Объектив содержит расположенные по ходу луча положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью в сторону предмета, апертурную диафрагму, отрицательный компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Отрицательный мениск выполнен с условиями: 2,5 мм≤r4(r3-d3)/[n2r4-(n2-1)(r3-d3)]≤2,7 мм; 1,723≤n2≤1,734; 27,9≤υ2≤29,3, где r3 и r4 - радиусы отрицательного мениска; d3 - толщина отрицательного мениска; n2 - показатель преломления отрицательного мениска; υ2 - число Аббе отрицательного мениска. Технический результат - повышение технологичности изготовления оптических деталей и объектива в целом при сохранении высокого качества изображения. 1 ил., 3 табл.