СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ
LARGE-APERTURE LENS

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в приборах ночного видения.
Известен объектив модифицированного гаусовского типа (патент DD 245059, кл. G02B 9/62, опубл. 1987 г.), содержащий расположенные по ходу луча положительный мениск, компонент, склеенный из двух менисков, обращенных вогнутостью к диафрагме, компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.
Объектив имеет светосилу 1:1,4 и угол поля зрения 35°. В аналогичном объективе по патенту RU 2315341 С1, опубл. 20.01.2008 г., второй компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, а пятый компонент - в виде выпукло-плоской линзы; объектив имеет светосилу 1:1,5 и угол поля зрения 18 град. 20 мин.
Ближайшим к предлагаемому изобретению по оптической схеме и достигаемому результату является светосильный объектив (DE 41 02377 А1, опубл. 1991 г.), включающий расположенные по ходу луча положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью в сторону предмета, апертурную диафрагму и светофильтр, положительный компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом выполняются условия:
; ;
; ; ,
где f' - фокусное расстояние объектива;
3
4
r и r - радиусы второго мениска;
7
9
r и r - радиусы передней и задней поверхности третьего (склеенного) компонента;
2
d - толщина второго мениска;
4
5
6
7
n, n, n, n - показатели преломления соответствующего элемента;
5
6
7
υ, υ, υ - число Аббе соответствующего элемента (трех задних линз).
Однако и у этого объектива относительно невысокая светосила, равная 1:1,4, и угол поля зрения - 2ω=40°.
Задачей изобретения является создание светосильного объектива с повышенными относительным отверстием и углом поля зрения при хорошем качестве изображения.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе, включающем расположенные по ходу луча положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью в сторону предмета, апертурную диафрагму, компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению при выполнении условий:
в отличие от известного, двусклеенный компонент выполнен отрицательным и дополнительно введены условия:
,
где f' - фокусное расстояние объектива;
i
r - радиус соответствующей поверхности элемента;
3
d - толщина второго мениска;
i
n - показатель преломления соответствующего элемента;
i
υ - число Аббе соответствующего элемента.
3
2
7
5
9
7
Так как оптические схемы объектива и его прототипа различны, немного изменилась нумерация конструктивных элементов. Так, dобъектива соответствует d прототипа, a r и r объектива соответствует r и r прототипа.
Выполнение указанных условий, в частности выполнение двусклеенного компонента отрицательным и с более крутым радиусом задней поверхности при превышении показателя преломления передней линзы на более чем 0,03, позволяет увеличить угол поля зрения с 40° до 48° и относительное отверстие с 1:1,4 до 1:1,3.
На чертеже представлена оптическая схема предлагаемого объектива.
Объектив состоит из последовательно расположенных по ходу луча одиночного положительного мениска 1 и одиночного отрицательного мениска 2, обращенных выпуклостью к предмету, апертурной диафрагмы 3, двояковогнутой линзы 4, склеенной с двояковыпуклой линзой 5, двояковыпуклой одиночной линзы 6 и одиночного положительного мениска 7. Двусклеенный компонент в целом является отрицательным. За объективом установлена плоскопараллельная пластина 8, выполняющая также роль светофильтра для области спектра 0,55-0,95 мкм.
Предложенная оптическая схема работает как объектив. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 4, 5, 6, 7, светофильтр 8 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения.
Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 1:
Таблица 1
Радиус, мм
Толщина, мм
Марка стекла
Показ. прел. n<sub>e</sub>
Коэфф. дисп. υ<sub>е</sub>
Диаметр линзы, мм
r<sub>1 </sub>= 19,815
d<sub>1 </sub>= 3,5
БФ-16
1,67438
47,00
21
r<sub>2 </sub>= 57,02
d<sub>2 </sub>= 1,17
21
r<sub>3 </sub>= 12,531
d<sub>3 </sub>= 4,91
ТФ5
1,76171
27,32
15
r<sub>4 </sub>= 7,112
d<sub>4 </sub>= 8,21
10
r<sub>5 </sub>= -7,586
d<sub>5 </sub>= 0,83
ТФ5
1,76171
27,32
9,8
r<sub>6 </sub>= 25,94
d<sub>6 </sub>= 4,06
СТК3
1,66224
57,09
12,9
r<sub>7 </sub>= -10,593
d<sub>7 </sub>= 0,1
12,9
r<sub>8 </sub>= 159,96
d<sub>8 </sub>= 4
СТК3
1,66224
57,09
16,2
r<sub>9 </sub>= -15,417
d<sub>9 </sub>= 1,37
18,0
r<sub>10 </sub>= 17,947
d<sub>10 </sub>= 3,5
СТК3
1,66224
57,09
20,8
r<sub>11 </sub>= 48,19
20,8
В объективе выполнены следующие условия:
3
4
3
r-r-d=0,509, что при f'=20,3 мм находится в пределах 0,02 f'…0,05 f', заявленных в прототипе;
, т.е. больше 51, как и в прототипе;
7
5
r:r=10,593:7,586=1,39, т.е. больше 1,3, заявленных в прототипе;
4
5
n-n=1,76171-1,66224=0,1, т.е. больше 0,03 (у прототипа 0,027);
, т.е. меньше 1,73, заявленных в прототипе.
Объектив имеет следующие технические характеристики:
- фокусное расстояние
20,3
- относительное отверстие
1:1,3
- угол поля зрения
48°
- задний отрезок (без пластины)
13,96 мм
Объектив предназначен для работы в ночных приборах. Он дает изображение объектов на фотокатоде ЭОПа. Объектив рассчитан совместно с защитной плоскопараллельной пластиной 8 ЭОПа, выполняющей также роль светофильтра в области спектра 0,55-0,95 мкм и расположенной около фокальной плоскости объектива.
Качество изображения объектива характеризуется его коэффициентами передачи контраста (КПК). В таблице 2 сравниваются КПК (К) предложенного объектива и прототипа:
Таблица 2
КПК
Объектив
Прототип
N=20 лин/мм
N=50 лин/мм
N=20 лин/мм
N=50 лин/мм
1. Для точки на оси
0,816
0,628
0,835
0,451
2. Для зоны поля
ω<sub>1</sub>=11°40'
- меридиональное
0,690
0,398
0,560
0,288
- сагитальное
0,760
0,602
0,654
0,334
сечение
3. Для зоны поля
ω<sub>1</sub>=20°
- меридиональное
0,713
0,247
0,291
0,105
- сагитальное
0,628
0,180
0,647
0,220
сечение
4. Для края поля
ω<sub>1</sub>=24°
- меридиональное
0,590
0,140
0,031
0,006
- сагитальное
0,694
0,217
0,450
0,144
сечение
Таким образом, в предложенном объективе обеспечено получение технического результата: при повышенном относительном отверстии 1:1,3 и увеличенном до 48° угле поля зрения достигается и высокое качество изображения.