СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ
HIGH-APERTURE LENS

Предлагаемое техническое решение относится к оптическому приборостроению, а именно к линзовым светосильным объективам для средней и дальней инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в тепловизионных приборах.
Известны светосильные объективы для ИК области спектра, содержащие три линзы, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая линза - отрицательная, третья - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению (патенты США №4427259, №5251063 и патент Японии №62109014).
Объективы, представленные в патентах США №4427259 и №5251063, имеют недостаточно высокую светосилу. В наиболее светосильных вариантах объектива из патента №5251063 светосила не превышает 1:1,2 при угловом поле зрения 10°.
Объектив, представленный в патенте Японии №62109014, имеет высокую светосилу. Однако толщина второй линзы из германия составляет величину, равную 0,5 от фокусного расстояния объектива, что делает данную оптическую схему пригодной лишь для короткофокусных объективов, т.к. с увеличением фокусного расстояния габаритные размеры, масса и стоимость этой линзы становятся неприемлемо большими, а пропускание объектива низким.
Наиболее близким по технической сущности является объектив для ИК области спектра, описанный в патенте США №4427259. Объектив содержит три линзы. Первая линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Вторая - отрицательная линза. Третья линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Объектив имеет относительное отверстие 1:1,39, угловое поле зрения 6,34°и работает в области спектра 3,3-4,2 мкм.
Недостатком объектива являются недостаточно высокие светосила и поле зрения.
Задачей заявляемого технического решения является создание светосильного трехлинзового объектива с высоким качеством изображения для средней и дальней ИК области спектра.
Эта цель достигается созданием светосильного объектива, содержащего три линзы, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая линза - отрицательная, третья линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, в котором в отличие от известного для третьей линзы выполняется соотношение
где: f - фокусное расстояние объектива,
n - показатель преломления материала третьей линзы,
5
r - радиус кривизны первой поверхности третьей линзы,
6
r - радиус кривизны второй поверхности третьей линзы,
5
d - толщина по оси третьей линзы,
3
а величина радиуса кривизны первой поверхности второй отрицательной линзы r удовлетворяет соотношению , причем расстояние между первой и второй линзами больше 0,15f.
Кроме того,
- три линзы выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления больше 3,3,
- первая и третья линзы выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления больше 3,3,
- по крайней мере одна из поверхностей выполнена асферической,
- на одной из поверхностей нанесен киноформный элемент,
- одна из поверхностей выполнена асферической и на одной из поверхностей нанесен киноформный элемент,
- третья линза имеет возможность перемещения вдоль оптической оси.
На фиг. 1 представлена оптическая схема предложенного светосильного объектива.
3
Светосильный объектив состоит из трех линз 1, 2, 3. Первая линза 1 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Вторая линза 2 - отрицательная, у которой величина радиуса кривизны первой поверхности r удовлетворяет соотношению ,
где: f - фокусное расстояние объектива.
Третья линза 3 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, для которого выполняется соотношение
где: f - фокусное расстояние объектива,
n - показатель преломления материала третьей линзы,
5
r - радиус кривизны первой поверхности третьей линзы,
6
r - радиус кривизны второй поверхности третьей линзы,
5
d - толщина по оси третьей линзы.
Расстояние между первой и второй линзами больше 0,15f.
Входным зрачком объектива является апертурная диафрагма, находящаяся на первой поверхности линзы 1.
Объектив работает следующим образом. Лучистый поток от объекта через входной зрачок входит в объектив, проходит последовательно линзу 1, линзу 2, линзу 3 и строит изображение объекта в плоскости изображения.
Конструктивные параметры некоторых вариантов объектива, полученные в соответствии с предложенным решением, приведены в таблицах 1-9.
Оптические характеристики объектива для вариантов, представленных в табл. 1-7:
- фокусное расстояние - 100 мм;
- относительное отверстие - 1:1;
- угловое поле зрения - 13°;
- спектральный диапазон - 8-14 мкм.
Оптические характеристики объектива для вариантов, представленных в табл. 8, 9:
- фокусное расстояние - 100 мм;
- относительное отверстие - 1:1;
- угловое поле зрения - 13°;
- спектральный диапазон - 3-5 мкм.
Таким образом, техническим результатом заявляемого решения является создание светосильного объектива для средней и дальней ИК области спектра с относительным отверстием 1:1, угловым полем зрения 13° и высоким качеством изображения.