СВЕТОСИЛЬНЫЙ АХРОМАТИЧЕСКИЙ ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, работающем в диапазоне длин волн 8-14 мкм и может быть использована в тепловизионных приборах.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является светосильный объектив - патент RU 2411555 C1. Объектив, описанный в патенте, состоит из трех расположенных по ходу лучей компонентов. Первый - положительный мениск из германия и второй - отрицательный мениск из селенида цинка обращены вогнутостями к изображению. Третий - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Вогнутая поверхность первого компонента - асферическая. Третий компонент выполнен из селенида цинка и имеет показатель преломления более 2,3 и менее 4,1 для длины волны 10 мкм. кроме того, имеют место условия:
3
1
3
6
3
4
5
6
R<R; R<R; 0,25<R/f′<0,5; 0,15<R/f′<0,45; 0,3<R/f′<0,7; 0,4<R/f′<1,3;
1
3
6
где: R, R-R - радиусы кривизны первой, третьей, четвертой, пятой и шестой оптических поверхностей;
f′ - фокусное расстояние всего объектива;
кроме того, могут быть выполнены соотношения:
6
1
1
R<R, 0,5<R/f′<1,
а третья линза может быть выполнена из селенида цинка.
Объектив рассчитан для фокусного расстояния объектива 130,22 и 130,07 мм, относительного отверстия 1:1,08 и 1:1,4, угла поля зрения 5°20′ и 8°45′, заднего фокального отрезка - 20,32 и 21,16 мм (без германиевых пластинок).
Недостатком данного объектива является необходимость использования как минимум двух оптических материалов, а также малое угловое поле и малый задний отрезок при пересчете на фокусное расстояние 85 мм, что не позволяет использовать этот объектив с некоторыми тепловизионными приемниками излучения.
Полезная модель представляет собой светосильный ахроматический объектив с улучшенными эксплуатационными качествами.
Технический результат - увеличение углового поля и относительного заднего отрезка, снижение относительной длины и уменьшение номенклатуры оптических материалов, необходимых для изготовления объектива, при высоком качестве изображения.
Это достигается тем, что на выпуклой поверхности первой линзы сформирована рельефно-фазовая дифракционная структура, позволяющая исправить хроматические аберрации без использования пары оптических материалов с различными дисперсиями, выпуклая поверхность первой линзы представляет собой асферическую поверхность, а форма асферической поверхности и радиусы кривизны преломляющих поверхностей линз объектива рассчитаны с целью минимизации монохроматических аберраций. На фиг. 1 представлена оптическая схема предложенного объектива.
Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив, т.е. световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки 4, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан). На выпуклой поверхности первой линзы сформирована методом алмазного точения или травления рельефно-фазовая дифракционная структура 5.
В соответствии с предложенным решением рассчитан вариант возможного исполнения объектива, исправленный в спектральном диапазоне от 8 до 14 мкм.
Профиль сечения дифракционной структуры приведенного варианта исполнения рассчитывается из условия минимизации хроматических аберраций и задается уравнением:
2
Δz=(-0,002465y+(M-1))·0,00333,
где M=-1 при y<20,143 мм,
M=-2 при 28,486 мм ≥ y ≥ 20,143 мм,
M=-3 при y>34,889 мм.
Конструктивные элементы объектива приведены в таблице.
Характеристики рассчитанного объектива:
Фокусное расстояние
85,0 мм
Относительное отверстие
1:1,2
Угол поля зрения
9,0°
Задний отрезок
16,66 мм
На фиг. 2 и 3 приведены графики полихроматической частотно-контрастной характеристики и дисторсии объектива.