СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ
HIGH-SPEED LENS

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может быть использовано в тепловизионных приборах.
Известен светосильный объектив [1] из трех компонентов, первый из которых - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент содержит положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов. Данная конструкция обеспечивает высокое качество изображения при относительном отверстии 1:1.65 и поле зрения 2W не выше 6°.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является светосильный объектив [2], состоящий из четырех компонентов. Первый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Третий компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Четвертый компонент выполнен в виде положительной линзы. Апертурная диафрагма расположена между вторым и третим компонентами и оптически сопряжена с охлаждаемой диафрагмой приемника. Данной конструкцией реализуется объектив с фокусным расстоянием 22 мм, относительным отверстием 1:1.2 и углом поля зрения до 2W=18°. Однако недостатком прототипа является то, что при увеличении фокусного расстояния объектива поле зрения уменьшается, что обусловлено конструкцией объектива и при фокусном расстоянии объектива порядка 100 мм поле зрения не превышает 2W=2° даже при снижении относительного отверстия до 1:1.3.
Задачей изобретения является создание светосильного объектива с высоким качеством изображения без виньетирования.
Светосильный объектив содержит четыре компонента и апертурную диафрагму, при этом третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент представляет собой положительную линзу, в отличие от прототипа, первый компонент представляет собой положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, причем апертурная диафрагма расположена после четвертого компонента, а расстояние между вторым и третьим компонентами составляет не менее 0,45 фокусного расстояния объектива.
Положительная линза четвертого компонента может быть выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов.
Положительная линза четвертого компонента может быть выполнена в виде двояковыпуклом линзы, а первый, второй и четвертый компоненты выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления не менее 4.
Конструкция первого компонента, выполненного в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, второго компонента, выполненного в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, выбор расстояния между вторым и третьим компонентами не менее 0.45 фокусного расстояния объектива обеспечил высокую степень коррекции сферической аберрации и комы при относительном отверстии объектива не менее 1:1.36. Размещение апертурной диафрагмы после четвертого компонента позволяет совмещать ее с охлаждаемой диафрагмой приемника, что исключает виньетирование при угле поля зрения не менее 2W=7°.
Выполнение четвертого компонента в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, обеспечивает исправление сферической аберрации для конструкции объектива, работающей в среднем инфракрасном диапазоне.
Выполнение четвертого компонента в виде двояковыпуклой линзы, первого, второго и четвертого компонентов из оптического материала одной марки, например из германия, обеспечивает конструкцию объектива, работающую в дальней инфракрасной области.
На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
На фиг.2 приведены конструктивные параметры объектива для среднего ИК-диапазона.
На фиг.3 приведены конструктивные параметры объектива для дальнего ИК-диапазона.
Объектив (фиг.1) состоит из четырех компонентов 1-4. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска 1, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент представляет собой отрицательный мениск 2, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска 3, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Четвертый компонент представляет собой положительную линзу 4. Положительная линза 4 может быть выполнена в виде двояковыпуклой линзы, при этом первый, второй и четвертый компоненты выполнены из оптического материала одной марки с показателем преломления не менее 4, например германия, что реализует конструкцию объектива для дальней ИК-области. Положительная линза 4 может быть выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, при этом реализуется конструкция объектива для средней ИК-области. Расстояние между вторым и третьим компонентами равно 49.3 мм, что составляет 0.493 фокусного расстояния объектива. Апертурная диафрагма 5 расположена после четвертого компонента на расстоянии 6 мм для объектива среднего ИК-диапазона и 12 мм для объектива дальнего ИК-диапазона и совмещена с охлаждаемой диафрагмой приемника.
Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4 и апертурную диафрагму 5 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения.
В соответствии с предложенным решением рассчитаны два светосильных объектива: для среднего ИК-диапазона и для дальнего ИК-диапазона. Фокусное расстояние объективов - 100 мм, относительное отверстие 1:1.36, угол поля зрения - 2W=7°. Высокая степень коррекции аберраций позволила получить концентрацию энергии в кружке диаметром 0.035 мм:
- не менее 91% для точки на оси и 87% для края поля зрения для объектива, работающего в среднем ИК-диапазоне,
- не менее 84% для точки на оси и 82% для края поля зрения для объектива, работающего в дальнем ИК-диапазоне.
Источники информации
1. Патент RU № 2187135, публикация 2002 г., МКИ G02B 13/14.
2. Патент US № 5909307, публикация 1999, МКИ G02B 13/14 - прототип.