Объектив для ближней ИК-области спектра
NEAR-IR SPECTRUM LENS

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам для ближней ИК-области спектра 0,6-0,9 мкм, и может быть использовано в наблюдательных приборах и телевизионных обзорных комплексах.
Известен объектив, содержащий четыре компонента, первый и второй из которых положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, третий и четвертый - отрицательные мениски, обращенный выпуклостью к изображению (Патент РФ №2631538, МПК G02B 13/12, G02B 9/34, 2016).
Недостатком указанного объектива является то, что он имеет сложную конструкцию, т. к. содержит четыре компонента, первые три из которых - склеенные линзы, четвертый - одиночная линза. Кроме того, в объективе не предусмотрена температурная компенсация аберраций. В описании отмечена возможность фокусировки с помощью введения дополнительной подвижной линзы, однако это еще более усложняет конструкцию. Сложная конструкция ограничивает возможности использования указанного объектива, особенно если требуются обеспечить минимальные габариты и вес объектива.
Наиболее близким к заявляемому является объектив, содержащий последовательно расположенные на оптической оси апертурную диафрагму и три компонента, первый из которых - положительная линза, второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий - отрицательный мениск. (Патент BY №9365, МПК G02B 9/12, 2012).
Недостатком указанного объектива является то, что он имеет относительно большую длину, т.к. расстояние от первой поверхности до плоскости изображений больше фокусного расстояния объектива. Кроме того, в объективе не достаточна температурная компенсация аберраций. В представленной в описании оптической системе смещение плоскости наилучшей установки при изменении температуры на 40°С составляет 30 мкм, если материалом корпуса является алюминиевый сплав, и 15 мкм, если материалом корпуса является титан. При большом относительном отверстии это приводит к заметному снижению качества изображения.
Задача настоящего изобретения - уменьшение длины объектива и повышение качества изображения в широком диапазоне изменения температуры.
Поставленная задача решается тем, что в объективе для ближней ИК области спектра, содержащем последовательно расположенные на оптической оси апертурную диафрагму и три компонента, первый из которых - положительная линза, второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий - отрицательный мениск, новым является то, что первый компонент выполнен в виде мениска, обращенного выпуклостью к предмету, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий компонент обращен выпуклостью к изображению и выполнен из стекла с малым значением показателя дисперсии и с малым значением температурного коэффициента показателя преломления, при этом фокусные расстояния компонентов и расстояние между вторым и третьим компонентами удовлетворяют следующим условиям:
1
0
F/F=1,0÷5,0;
2
0
F/F=0,6÷1,8;
3
0
F/|F|=0,7÷1,4;
23
0
L/F=0,2÷0,5;
1
2
3
0
где F, F, F, F - фокусные расстояния первого, второго, третьего компонентов и объектива соответственно;
23
L - расстояние между вторым и третьим компонентами.
Представленная конструкция позволяет уменьшить длину объектива и расширить диапазон рабочих температур объектива.
В частном случае между третьим компонентом и плоскостью изображений установлен спектроделительный блок, выполненный с возможностью разделения излучения в спектральном диапазоне длин волн от 600 нм до 900 нм и излучения длиной волны 1064 нм или 1540 нм.
Такая конструкция объектива обеспечивает одновременную регистрацию изображения в спектральном диапазоне длин волн от 600 нм до 900 нм на телевизионном матричном фотоприемнике и излучения длиной волны 1064 нм или 1540 нм на дополнительном фотоприемном устройстве. Это расширяет функциональные возможности объектива.
В частном случае спектроделительный блок выполнен в виде склеенной призмы-куба. Это позволяет дополнительно уменьшить длину объектива за счет оптимальной компоновки обоих оптических каналов.
На фиг. 1а и 1б показана оптическая схема объектива для вариантов 1 и 2 соответственно, на фиг. 2а и 2б - частотно-контрастная характеристика объектива для вариантов 1 и 2 соответственно.
Объектив содержит апертурную диафрагму и три компонента. Первый компонент - положительный мениск 1, обращенный выпуклостью к предмету, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй компонент - положительный мениск 2, обращенный выпуклостью к предмету, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Третий компонент - отрицательный мениск 3, обращенный выпуклостью к изображению.
Третий компонент выполнен из стекла с малым значением показателя дисперсии и с малым значением температурного коэффициента показателя преломления.
Фокусные расстояния компонентов и расстояние между вторым и третьим компонентами удовлетворяют следующим условиям:
1
0
F/F=1,0÷5,0;
2
0
F/F=0,6÷1,8;
3
0
F/|F|=0,7÷1,4;
23
0
L/F=0,2÷0,5;
1
2
3
0
где F, F, F, F - фокусные расстояния первого, второго, третьего компонентов и объектива соответственно;
23
L - расстояние между вторым и третьим компонентами.
На фиг. 1а и 1б показан также светофильтр 4 для выделения излучения в спектральном диапазоне длин волн от 600 нм до 900 нм
На фиг. 1б показаны склеенная призма-куб 5, которая пропускает излучение в спектральном диапазоне длин волн от 600 нм до 900 нм и отражает излучения длиной волны 1064 нм или 1540 нм.
Кроме того показаны два клина 6 и 7 и светофильтр 8. Клинья 6 и 7 установлены с возможностью поворота вокруг оптической оси и используются для юстировки фотоприемного устройства. Светофильтр 8 ослабляет излучение с длиной волны 1064 нм или 1540 нм и служит для защиты фотоприемного устройства.
Ниже приведены два варианта конкретного выполнения объектива.
В табл. 1 и 2 приведены конструктивные параметры объектива - радиусы поверхностей, толщины линз и воздушных промежутков между ними, материалы и диаметры линз - для вариантов 1 и 2 соответственно.
В таблице 3 приведены рассчитанные оптические характеристики объектива для вариантов 1, 2.
Положительный эффект предлагаемой конструкции объектива заключается в том, что она, по сравнению с прототипом, позволяет уменьшить длину объектива. Длина объектива равна 0,9 фокусного расстояния.
Кроме того, предлагаемая конструкция объектива, по сравнению с прототипом, позволяет получить высокое качество изображения в более широком диапазоне изменения температур. Смещение плоскости наилучшей установки при изменении температуры на 40°С составляет 8 мкм и 4 мкм для вариантов 1 и 2 соответственно. Материалом корпуса при этом является алюминиевый сплав.