ОБЪЕКТИВ ДЛЯ БЛИЖНЕЙ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА

Полезная модель относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам, работающим в ближней ИК-области спектра, и может быть использована при создании систем обнаружения и наблюдения объектов в сумерках и в ночное время суток.
Требования, предъявляемые к таким системам - высокая разрешающая способность, минимальные массо-габаритные и стоимостные характеристики. Известны линзовые объективы для ближней ИК области спектра, имеющие фокусные расстояния в диапазоне 10-400 мм, и зеркально линзовые объективы с фокусными расстояниями в диапазоне 50-1450 мм [Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность, М., 2009, 840 с.]. Преимущества линзовых объективов перед зеркально-линзовыми заключаются в отсутствии центрального экранирования, относительной простоте сборки и юстировки, отсутствии наружных и внутренних бленд, возможности герметизации для защиты оптических элементов от воздействия внешних факторов. Вследствие этого важной технической задачей является разработка линзовых длиннофокусных высокоразрешающих объективов для работы в ближней ИК-области спектра.
Известен объектив для ИК-области спектра, принятый за аналог к заявляемой полезной модели [Патент РФ №2047200, МПК G02B 13/14, 9/34, опубл. 27.10.1995 г], содержащий установленные по ходу луча четыре компонента, при этом первый компонент выполнен в виде склеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, второй компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, третий компонент в виде отрицательной линзы, четвертый компонент в виде положительной линзы.
-1
-1
Объектив имеет фокусное расстояние f'=135 мм, коэффициент телеукорочения Т равный 0,96* (*Под коэффициентом телеукорочения понимается отношение фокусного расстояния объектива к расстоянию от первой оптической поверхности до задней фокальной плоскости. [Волосов Д.С. Фотографическая оптика, 2-е изд., М., Искусство, 1978, стр.333.]), изготавливается с применением четырех марок оптических стекол. Качество изображения характеризуется значением коэффициента передачи модуляции (КПМ) изображения в центре поля зрения, равным 0,7 для пространственной частоты 15 мм, и равным 0,4 для пространственной частоты 30 мм в спектральном интервале длин волн 0,68-0,88 мкм.
Основные недостатки объектива-аналога заключаются в том, что он не является длиннофокусным, его коэффициент телеукорочения, характеризующий компактность конструкции оптической системы, достаточно низок. Применение четырех марок стекол при изготовлении объектива приводит к его удорожанию и усложнению.
-1
-1
Известен объектив для ИК-области спектра, выбранный за прототип к заявляемой полезной модели [Патент РФ №2384870, МПК G02B 13/14, 9/34, 2008 г]. Объектив содержит установленные по ходу луча четыре компонента, первый из которых двояковыпуклая линза, второй - двухсклеенный мениск, обращенный выпуклостью к предмету и состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий компонент-двояковыпуклая линза и четвертый компонент - двояковогнутая линза. Объектив имеет фокусное расстояние f'=120 мм, коэффициент телеукорочения Т=0,84, изготавливается с применением трех марок оптических стекол. Качество изображения характеризуется значением КПМ, равным для осевой точки предмета 0,87 на пространственной частоте 15 мм и 0,67 на пространственной частоте 30 мм в спектральном интервале длин волн 0,66-0,92 мкм. К недостаткам объектива относится то, что он не является длиннофокусным, его коэффициент телеукорочения достаточно низок. При изготовлении объектива используется большая номенклатура марок используемых стекол.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Задачей полезной модели является создание линзового объектива для ближней ИК-области спектра, являющегося длиннофокусным, характеризующимся высоким коэффициентом телеукорочения, упрощением и удешевлением конструкции, а также хорошим качеством изображения.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является значительное увеличение фокусного расстояния линзового объектива при высоком коэффициенте телеукорочения, упрощении и удешевлении конструкции за счет меньшей номенклатуры марок используемых стекол и сохранении качества изображения.
Указанный технический результат достигается тем, что объектив для ближней ИК-области спектра, содержащий установленные последовательно на оптической оси двухсклеенный мениск, обращенный выпуклостью в пространство предметов, состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и двояковогнутую линзу, в соответствии с заявляемым техническим решением дополнительно содержит положительный мениск, обращенный выпуклостью в пространство предметов, расположенный на оптической оси за двухсклеенным мениском, и отрицательный мениск, обращенный выпуклостью в пространство изображений, расположенный на оптической оси за двояковогнутой линзой.
На фиг.1 приведена оптическая схема заявляемого объектива, состоящего из последовательно расположенных на оптической оси четырех компонентов, где первый компонент представляет собой двухсклеенный мениск, обращенный выпуклостью в пространство предметов, состоящий из двояковыпуклой линзы 1 и и двояковогнутой линзы 2, второй компонент выполнен в виде положительного мениска 3, обращенного выпуклостью в пространство предметов, третий компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы 4, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 5, обращенного выпуклостью в пространство изображений.
В соответствии с заявляемым техническим решением предложен вариант объектива для фокусного расстояния f'=l020,6 мм, конструктивные параметры которого приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Конструктивные параметры объектива.
Номер поверхности
Радиусы, мм
Толщины линз и воздушные промежутки, мм
Марка стекла
1
154.52
27.5
ТК116
2
-154.52
9
ТФ105
3
397.15
0.1
1
4
74.77
23
ТК116
5
397.15
56.4
1
6
-93.75
4.2
ТФ105
7
192.32
73.2
1
8
-24.232
3
ТФ105
9
-192.32
94.96
1
Объектив работает следующим образом. Первый, второй, третий и четвертый компоненты обеспечивают требуемое фокусное расстояние, свет от предмета, расположенного на большом расстоянии от первой оптической поверхности объектива, преломляясь, проходит через все компоненты и формирует в фокальной плоскости объектива изображение предмета. В таблице 2 приведены параметры оптической системы объектива.
Таблица 2.
Параметры оптической системы объектива.
Фокусное расстояние
f'
1020.6 мм
Относительное отверстие
D/f'
1:10
Угловое поле зрения
2ω
1.4°
Спектральный интервал
Δλ
0.85÷0.89 мкм
Коэффициент телеукорочения
Т
3.50
-1
-1
Качество изображения характеризуется значением КПМ, равным для осевой точки предмета 0,78 на частоте N=15 мм и 0,58 на частоте N=30 мм в спектральном интервале длин волн 0,85-0,89 мкм.
Таким образом, создан линзовый длиннофокусный объектив, работающий в ближней ИК-области спектра с фокусным расстоянием f'=1020,6 мм и высоким коэффициентом телеукорочения Т=3,5 в спектральном интервале длин волн 0,85-0,89 мкм.
Наличие всего двух марок в номенклатуре используемых стекол упрощает и удешевляет конструкцию объектива по сравнению с прототипом и аналогом при хорошем качестве изображения.