Светосильный объектив

Авторы патента:

Щеглов Сергей Иванович (RU)

Зубок Светлана Николаевна (RU)

G02B9/34 - с четырьмя линзами

G02B13/14 - для инфракрасных или ультрафиолетовых лучей (G02B 13/16 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2630194:

Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" (RU)

Изобретение может быть использовано в объективах, работающих в дальнем ИК-диапазоне. Объектив состоит из четырех компонентов по ходу лучей. Первый - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, третий - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, и четвертый - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Первый и четвертый компоненты выполнены из германия, второй и третий - из селенида цинка. Все оптические поверхности выполнены сферическими. Выполняются соотношения: |R₅|>|R₆|, |R₅|≤|R₂|, |R₃|≥|R₈|, где R₂, R₃, R₅, R₆, R₈ – радиусы, соответственно, второй, третьей, пятой, шестой и восьмой оптических поверхностей. |R₃| может быть больше или меньше |R₆|. Технический результат - увеличение относительного отверстия при высоком качестве изображения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, работающим в дальнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизионных приборах.

Известен светосильный объектив, описанный в патенте RU №2183340, МПК G02В 13/14, 9/34; опубл. 2002 г., содержащий четыре компонента по ходу лучей, первый из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - вогнутоплоская линза, обращенная плоскостью к изображению, третий - положительная плосковыпуклая линза, обращенная плоскостью к предмету, и четвертый - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Данный объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм и все линзы у него выполнены из германия с показателем преломления более 4. При этом фокусное расстояние объектива 51,14 мм, относительное отверстие 1:1,65, угол поля зрения - 18 град, задний фокальный отрезок 45,23 мм. Этот объектив близок по конструкции к заявляемому изобретению, однако имеет малое относительное отверстие.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив, описанный в патенте RU №2348059; МПК G02В 9/34, 13/14, опубл. 27.02.2009 г., состоящий из четырех компонентов по ходу лучей: первого компонента - одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, второго компонента - одиночного отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, третьего компонента - одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и четвертого компонента - одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, кроме того, первый и четвертый компоненты выполнены из германия, все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка и имеют место условия:

|R₂|=|R₅|

|R₃|=|R₆|=|R₈|

|R₅|>|R₆|

где R₂ - радиус второй оптической поверхности;

R₃ - радиус третьей оптической поверхности;

R₅ - радиус пятой оптической поверхности;

R₆ - радиус шестой оптической поверхности;

R₈ - радиус восьмой оптической поверхности.

Данный объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм. Фокусное расстояние объектива 130,03 мм, относительное отверстие 1:1,08, угол поля зрения 5 град 20 мин, задний фокальный отрезок 25,07 мм, но у него малое относительное отверстие.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - увеличение относительного отверстия при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из четырех по ходу лучей компонентов, первый из которых - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, третий - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, и четвертый компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, кроме того, первый и четвертый компоненты выполнены из германия, все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка и имеют место соотношения

|R₅|>|R₆|

где R₅ - радиус пятой оптической поверхности,

R₆ - радиус шестой оптической поверхности,

отличается тем, что имеют место соотношения

|R₅|≤|R₂|

|R₃|≥|R₈|

где R₂ - радиус второй оптической поверхности,

R₃ - радиус третьей оптической поверхности,

R₈ - радиус восьмой оптической поверхности.

Кроме того, в светосильном объективе |R₃| может быть больше или меньше |R₆|.

На фигуре представлена оптическая схема светосильного объектива.

Светосильный объектив состоит из четырех компонентов по ходу лучей: первого компонента - одиночного положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к изображению, второго компонента - одиночного отрицательного мениска 2, обращенного выпуклостью к изображению, третьего компонента - одиночного положительного мениска 3, обращенного выпуклостью к изображению, и четвертого компонента - одиночного положительного мениска 4, обращенного вогнутостью к изображению. За мениском 4 расположена плоскопараллельная пластина 5, которая может также являться защитным стеклом.

Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив. Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4, плоскопараллельную пластину 5 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).

В соответствии с предложенным решением рассчитаны два варианта выполнения светосильного объектива, исправленные в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.

Конструктивные параметры объектива по первому варианту выполнения приведены в таблице 1.

Характеристики рассчитанного объектива по первому варианту выполнения:

фокусное расстояние	130,14 мм
относительное отверстие	1:0,978
угол поля зрения	5 град 20 мин
задний фокальный отрезок	1,765 мм
задний фокальный отрезок
без учета плоскопараллельной пластины	46,515 мм
входной зрачок совпадает с первой поверхностью

В предлагаемом первом варианте объектива имеют место соотношения:

|R₃|=|R₈|=116,14,

266,7=|R₅|>|R₆|=115,88,

266,7=|R₅|<|R₂|=272,3,

116,14=|R₃|>|R₆|=115,88.

Характеристики рассчитанного объектива по второму варианту выполнения:

фокусное расстояние	130 мм
относительное отверстие	1:1
угол поля зрения	5 град 20 мин
задний фокальный отрезок	1,027 мм
задний фокальный отрезок
без учета плоскопараллельной пластины	46,277 мм
входной зрачок совпадает с первой поверхностью

В предлагаемом втором варианте объектива имеют место соотношения:

|R₂|=|R₅|=272,3,

272,3=|R₅|>|R₆|=116,41,

116,14=|R₃|<|R₆|=116,41,

116,14=|R₃|>|R₈|=115,35.

Конструктивные параметры объектива по второму варианту выполнения приведены в таблице 2.

В табл. 3 приведены аберрации для длины волны 10 мкм предложенных вариантов выполнения светосильного объектива.

Таким образом, в результате предложенных решений по двум вариантам обеспечено получение технического результата: созданы два светосильных объектива по первому и второму вариантам для спектрального диапазона от 8 до 12,5 мкм с увеличенным относительным отверстием при высоком качестве изображения.

1. Светосильный объектив, состоящий из четырех по ходу лучей компонентов, первый из которых - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, третий - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, и четвертый компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, кроме того, первый и четвертый компоненты выполнены из германия, все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка и имеют место соотношения

|R₅|>|R₆|,

где R₅ - радиус пятой оптической поверхности,

R₆ - радиус шестой оптической поверхности,

отличающийся тем, что имеют место соотношения

|R₅|≤|R₂|,

|R₃|≥|R₈|,

где R₂ - радиус второй оптической поверхности,

R₃ - радиус третьей оптической поверхности,

R₈ - радиус восьмой оптической поверхности.

2. Светосильный объектив по п. 1, в котором |R₃| больше |R₆|.

3. Светосильный объектив по п. 1, в котором |R₃| меньше |R₆|.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, работающих в спектральном диапазоне 8-12 мкм. Объектив содержит четыре мениска, закрепленные в корпусе из алюминиевого сплава.

Атермализованный объектив для ик-области спектра // 2618590

Объектив может быть использован в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, не требующими охлаждения до криогенных температур и чувствительными в спектральном диапазоне 8-12 мкм.

Светосильный объектив // 2611100

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах. Светосильный объектив состоит из четырех расположенных по ходу лучей линз: первая и вторая линзы - одиночные положительные мениски, обращенные вогнутостью к изображению.

Объектив для ик-области спектра // 2604112

Изобретение может быть использовано в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит четыре мениска, из которых первый, второй и четвертый по ходу луча мениски - положительные, а третий - отрицательный.

Атермализованный объектив для ик-области спектра // 2594957

Изобретение относится к области ИК-оптики и может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, не требующими охлаждения до криогенных температур, чувствительных в спектральном диапазоне 8-12 мкм.

Телеобъектив для ик-области спектра // 2594955

Изобретение может быть использовано в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Телеобъектив содержит четыре мениска, из которых первый, второй и четвертый по ходу луча мениски - положительные, а третий - отрицательный.

Объектив для ик-области спектра // 2586394

Объектив может быть использован в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит четыре мениска, из которых первый, второй и четвертый по ходу луча мениски - положительные, третий - отрицательный.

Атермализованный светосильный объектив ик-диапазона // 2583338

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах. Объектив содержит четыре одиночных мениска, обращенных вогнутостью к изображению.

Объектив с вынесенным входным зрачком // 2574332

Объектив может быть использован в телескопических системах, в микроскопах и других оптических приборах, в том числе в ИК-системах. Объектив с вынесенным входным зрачком состоит из трех компонентов.

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.

Инфракрасный объектив с пассивной атермализацией // 2629890

Светосильный объектив для инфракрасной области спектра // 2629888

Изобретение может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, чувствительными в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит два одиночных положительных мениска, обращенных выпуклостью к плоскости предметов.

Светосильный трёхлинзовый объектив для ик-области спектра // 2629887

Объектив может быть использован в тепловизорах с матричными фотоприемниками, чувствительными в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит три мениска.

Инфракрасная система с двумя полями зрения // 2624658

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами, осуществляющих обнаружение и распознавание объектов.

Оптическая система тепловизионного прибора // 2623417

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается оптической системы тепловизионного прибора. Оптическая система включает в себя объектив, приемник излучения с охлаждаемой диафрагмой, блок обработки информации, датчик температуры, блок позиционирования и блок обработки информации.

Двухспектральная оптическая система // 2621782

Двухспектральная оптическая система содержит главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое асферическое зеркало, спектроделитель, тепловизионный канал с первым, вторым и третьим объективами, а также фотоприемным устройством и устройством переключения потоков излучения, два телевизионных канала с объективом и фотоприемным устройством в каждом из каналов и устройство управления и обработки информации.

Компактный объектив среднего ик диапазона // 2621366

Компактный объектив среднего ИК диапазона предназначен для использования с охлаждаемыми фотоприемными устройствами среднего ИК диапазона. Объектив состоит из входной и проекционной частей.

Объектив для ик-области спектра // 2620202

Объектив содержит 3 мениска. Первый и третий мениски - положительные, выполнены из германия.

Атермализованный объектив для ик-области спектра // 2618590

Оптика формирователя изображений полного поля на геосинхронной околоземной орбите с расширенным спектром // 2615209

Оптическая система формирования изображений содержит детектор формирования изображений, включающий первую область, чувствительную к свету в первом диапазоне волн приблизительно от 1,0 до 2,5 мкм, и вторую область, чувствительную к свету во втором диапазоне волн, который включает по меньшей мере одну из короктоволновой инфракрасной полосы спектра и средневолновой инфракрасной полосы спектра, несколько линз для фокусирования света на детектор формирования изображений, изготовленных из материала, прозрачного в диапазоне длин волн по меньшей мере от 1,0 мкм до 5,0 мкм; и светоделитель, расположенный между линзами и детектором формирования изображений и предназначенный для деления падающего света на первый и второй диапазоны волн и направления их на соответственно на первую и вторую области детектора формирования изображений.

Инфракасный телеобъектив с двумя полями зрения // 2630195

Изобретение может быть использовано в тепловизорах на основе охлаждаемых матричных приемников. Телеобъектив содержит по ходу луча четыре компонента. Первый - неподвижный, содержащий положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, и дополнительно введенный одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов. Вторая поверхность первого мениска и первая поверхность второго мениска асферические. Второй – подвижная двояковогнутая линза, вторая поверхность которой асферическая. Третий - неподвижный положительный компонент, содержащий положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которого асферическая, и дополнительно введенный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, первая поверхность которого выполнена асферической. Четвертый - неподвижная одиночная положительная выпукло-вогнутая линза, обращенная выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которой асферо-дифракционная. Технический результат - создание компактного инфракрасного телеообъектива с двумя полями зрения и малым коэффициентом телеукорочения при высоком качестве изображения. 8 ил., 1 табл.