Светосильный объектив

Объектив может быть использован в цифровых прицельно-наблюдательных приборах с формированием изображения на ПЗС или КМОП матрицах в дневных и ночных условиях. Первый компонент содержит двояковыпуклую линзу и отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к изображению, второй - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, третий - отрицательный мениск и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, четвертый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Апертурная диафрагма расположена перед первым компонентом. Выполняются соотношения: d1-2=(0,8÷2,0)⋅FОБ, n3-1=n4≥2,0; где FОБ - фокусное расстояние объектива; d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами; n3-1 - показатель преломления первой линзы третьего компонента; n4 - показатель преломления линзы четвертого компонента. Технический результат - увеличение светосилы до значения 1:0,85 с расширением спектрального рабочего диапазона до значений Δλ=(600…1000) нм и улучшение качества изображения на пространственных частотах 90…100 штр/мм с полихроматическими коэффициентами передачи модуляции на уровне не менее 0,4 в центре поля зрения и не менее 0,3 на краю поля зрения. 1 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве объектива в цифровых прицельно-наблюдательных приборах с формированием изображения на ПЗС или КМОП матрицах в дневных и ночных условиях эксплуатации.

Известен светосильный объектив (патент RU 2386988 С1, опубл. 20.04.2010), содержащий шесть линз, сформированных в четыре компонента с апертурной диафрагмой, расположенной перед первым компонентом, а первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент выполнен в виде двусклеенного мениска, состоящего из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Объектив работает в спектральном диапазоне Δλ=(600…900) нм и имеет относительное отверстие 1:2 и поле зрения 4°.

Недостатком этого светосильного объектива является невысокая светосила, равная 1:2, небольшое поле зрения, равное 4°, сравнительно узкий спектральный рабочий диапазон Δλ=(600…900) нм, а также наличие в нем двух склеенных линз, что усложняет технологию его изготовления.

Наиболее близким по технической сущности является светосильный объектив (патент RU 2411556 С1, опубл. 10.02.2011), содержащий шесть линз, сформированных в четыре компонента с апертурной диафрагмой, расположенной на поверхности второго компонента, обращенной к пространству изображений, а первый компонент выполнен в виде одиночной положительной линзы, второй компонент выполнен в виде склейки из положительной несимметричной двояковыпуклой линзы, обращенной к первому компоненту поверхностью с меньшим радиусом кривизны, и отрицательной несимметричной двояковогнутой линзы, обращенной поверхностью с меньшим радиусом кривизны к пространству изображения, третий компонент выполнен в виде склейки из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, обращенной к пространству изображения поверхностью с большим радиусом кривизны, а четвертый - в виде несимметричной двояковогнутой линзы, обращенной к пространству изображения поверхностью с большим радиусом кривизны. Объектив работает в спектральном диапазоне Δλ=(486,1…656,3) нм и имеет относительное отверстие 1:1 и угловое поле зрения 10°.

Недостатком этого светосильного объектива является невысокая светосила, равная 1:1, сравнительно узкий спектральный рабочий диапазон Δλ=(486,1…656,3) нм, невысокое качество изображения на пространственных частотах 90…100 штр/мм с полихроматическими коэффициентами передачи модуляции на уровне ~ 0,2, а также наличие в нем двух склеенных линз, что усложняет технологию его изготовления.

Задачей настоящего изобретения является увеличение светосилы объектива до значения 1:0,85 с расширением спектрального рабочего диапазона до значений Δλ=(600…1000) нм и улучшение качества изображения на пространственных частотах 90…100 штр/мм с полихроматическими коэффициентами передачи модуляции на уровне не менее 0,4 в центре поля зрения и не менее 0,3 на краю поля зрения.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе, содержащем последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента, первый из которых содержит положительную линзу, второй компонент содержит положительную линзу, третий компонент содержит отрицательный мениск, а четвертый - отрицательную линзу, в отличие от известного, первый компонент содержит две линзы, первая из которых выполнена в виде положительной двояковыпуклой линзы, а вторая линза выполнена в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству изображений, второй компонент содержит одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, третий компонент содержит две линзы, вторая из которых выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, а апертурная диафрагма расположена перед первой поверхностью первого компонента, при этом выполняются следующие соотношения:

d1-2=(0,8÷2,0)⋅FОБ,

nЗ-1=n4≥2,0;

где FОБ - фокусное расстояние объектива;

d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами;

n3-1 - показатель преломления первой линзы третьего компонента;

n4 - показатель преломления линзы четвертого компонента.

Такой светосильный объектив обеспечивает более высокую светосилу объектива до значения 1:0,85 и расширенный спектральный рабочий диапазон до значений Δλ=(600…1000) нм с улучшением оптических характеристик.

Оптической схема светосильного объектива показана на фигуре 1.

Светосильный объектив содержит последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента. Перед первым компонентом расположена апертурная диафрагма 1, первый компонент выполнен в виде положительной линзы 2 и отрицательной линзы 3, второй компонент выполнен в виде одиночной положительной линзы 4, третий компонент выполнен в виде отрицательной линзы 5 и положительной линзы 6, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 7, после которого расположены защитное стекло 8 и фотоприемник 9.

Конструктивные параметры варианта исполнения светосильного объектива приведены в таблице 1.

Параметры такого варианта исполнения светосильного объектива:

расчетная длина волны 0,8 мкм
рабочий спектральный диапазон (0,6÷1,0) мкм
фокусное расстояние 25,0 мм
линейное поле зрения 4,5 мм
угловое поле зрения ~ 10,2°
относительное отверстие 1:0,85

Принцип действия оптической системы заключается в следующем.

Первый компонент I, выполненный в виде положительной линзы 2 и отрицательной вогнуто-выпуклой линзы 3, обращенной выпуклостью к пространству изображений, в сочетании со вторым компонентом II, выполненным в виде одиночного положительного мениска 4, являются силовыми элементами, формирующими оптическую силу, близкую к оптической силе объектива, для чего необходимо выполнить следующее соотношение:

d1-2=(0,8÷2,0)⋅FОБ,

где FОБ - фокусное расстояние объектива;

d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами.

Третий компонент III, выполненный в виде двух линз - отрицательного мениска 5 и положительного мениска 6, обращенного вогнутостью к пространству изображений, в сочетании с четвертым компонентом IV, выполненным в виде отрицательного мениска 7, обращенным вогнутостью к пространству изображений, являются коррекционными элементами, позволяющими обеспечить высокую степень коррекции сферохроматической аберрации, комы и вторичного спектра, а также исправить кривизну изображения, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков, для чего необходимо выполнить следующее соотношение:

nЗ-1=n4≥2,0,

где n3-1 - показатель преломления первой линзы третьего компонента;

n4 - показатель преломления линзы четвертого компонента.

Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая:

- толщину защитного стекла 8 фотоприемника, равную 0,75 мм;

- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива - 0,8 на длине волны 0,6 мкм, 0,9 на длине волны 0,7 мкм, 1,0 на длине волны 0,8 мкм, 0,8 на длине волны 0,9 мкм и 0,4 на длине волны 1,0 мкм;

- пространственную частоту ~ 90 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника с размером чувствительного элемента, равным 5,625 мкм), получаем следующие расчетные значения качественных характеристик светосильного объектива:

дифракционное качество КПК=92,3%
для точки на оси КПК=45,1%
для точки поля 1,5 мм от центра КПКМ=46,0%
изображения КПКС=43,4%
для точки поля 2,2 мм от центра КПКМ=31,4%
изображения КПКС=42,5%

Как видно из расчетов, оптическая система, при простоте ее конструкции, обеспечивает хорошее качество изображения для оптико-электронных приборов, использующих телевизионную матрицу спектрального диапазона (0,6÷1,0) мкм с размером пикселя 5,625 мкм. Высокое значение относительного отверстия - 1:0,85 (у прототипа - 1:1) существенно расширяет диапазон возможного применения объектива, в частности позволяет использовать его для ночного видения в условиях низкой освещенности (сумерки и темное время суток).

Светосильный объектив, содержащий последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента, первый из которых содержит положительную линзу, второй компонент содержит положительную линзу, третий компонент содержит отрицательный мениск, а четвертый - отрицательную линзу, отличающийся тем, что первый компонент содержит две линзы, первая из которых выполнена в виде положительной двояковыпуклой линзы, а вторая линза выполнена в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству изображений, второй компонент содержит одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, третий компонент содержит две линзы, вторая из которых выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, а апертурная диафрагма расположена перед первой поверхностью первого компонента, при этом выполняются следующие соотношения:

d1-2=(0,8÷2,0)⋅FОБ,

n3-1=n4≥2,0;

где FОБ - фокусное расстояние объектива;

d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами;

n3-1 - показатель преломления первой линзы третьего компонента;

n4 - показатель преломления линзы четвертого компонента.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в качестве фотографического объектива. Объектив состоит из двух оптических компонентов.

Изобретение может быть использовано в устройствах контроля объектов теневым оптическим методом. Объектив содержит шесть линз и апертурную диафрагму, расположенные последовательно на оптической оси: плосковыпуклую линзу, расположенную плоскостью к апертурной диафрагме, положительный мениск с асферической выпуклой поверхностью, обращенной к пространству предметов, слабоотрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной к апертурной диафрагме, апертурную диафрагму, склеенную линзу, состоящую из двояковогнутой и двояковыпуклой линз и расположенную вогнутой стороной к апертурной диафрагме, двояковыпуклую линзу и слабо отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной к апертурной диафрагме.

Изобретение может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую положительную, вторую отрицательную и третью положительную выпукло-вогнутые линзы, проекционного объектива, содержащего первую двояковыпуклую, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой.

Изобретение может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система тепловизионного прибора состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью отрицательную выпукло-вогнутые линзы, проекционного объектива, содержащего первую положительную вогнуто-выпуклую линзу, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу и третью положительную двояковыпуклую линзу, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой.

Изобретение может быть использовано в оптических системах, например в телевизионных камерах, работающих с матрицами, также и в других приборах, в том числе и в ИК-системах.

Система содержит входной объектив, проекционный объектив, компенсационный элемент и расфокусирующий элемент. Входной объектив строит промежуточное действительное изображение и выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов.

Объектив может быть использован в тепловизорах в спектральном диапазоне 8-12 мкм. Объектив по обоим вариантам содержит четыре компонента, второй и четвертый из которых подвижные и имеют по два фиксированных положения.

Микрообъектив может быть использован для визуального наблюдения в большом поле зрения с большим контрастом изображения. Микрообъектив содержит последовательно расположенные четыре компонента.

Объектив может быть использован в оптико-электронных приборах, в частности, с целью формирования изображения участка звездного неба на ПЗС-матрице, расположенной в фокальной плоскости объектива.

Телеобъектив может быть использован в оптико-электронных приборах, формирующих изображения объектов земной поверхности через реальную атмосферу и работающих с фотоприемниками видимого и ближнего ИК диапазона. Телеобъектив содержит две группы линз, в первой группе между первой и второй линзами расположена апертурная диафрагма, вторая линза - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третья - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, пятая - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Вторая группа линз - двояковыпуклая линза. Выполняются соотношения: ; n1=n3≤n4≤n2≤n5=n6, где Δl1г5л - величина перемещения по оптической оси пятой линзы в первой группе линз; - фокусное расстояние объектива; n1,2,3,4,5,6 - показатели преломления материалов 1-й, 2-й, 3-й, 4-й, 5-й и 6-й линз соответственно. Технический результат - повышение светосилы с сохранением приемлемого качества изображения в ближнем ИК диапазоне в расширенном температурном интервале. 1 ил., 1 табл.

Объектив может быть использован в цифровых прицельно-наблюдательных приборах с формированием изображения на ПЗС или КМОП матрицах в дневных и ночных условиях. Первый компонент содержит двояковыпуклую линзу и отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, обращенную выпуклостью к изображению, второй - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, третий - отрицательный мениск и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, четвертый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Апертурная диафрагма расположена перед первым компонентом. Выполняются соотношения: d1-2⋅FОБ, n3-1n4≥2,0; где FОБ - фокусное расстояние объектива; d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами; n3-1 - показатель преломления первой линзы третьего компонента; n4 - показатель преломления линзы четвертого компонента. Технический результат - увеличение светосилы до значения 1:0,85 с расширением спектрального рабочего диапазона до значений Δλ нм и улучшение качества изображения на пространственных частотах 90…100 штрмм с полихроматическими коэффициентами передачи модуляции на уровне не менее 0,4 в центре поля зрения и не менее 0,3 на краю поля зрения. 1 ил., 1 табл.

Наверх