ДВУХЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в различных оптических системах, например, в визуальных и в ИК-системах.
Известен двухлинзовый объектив - ахромат (Заявка FR №2025476, кл. G02B 13/00, 5/00, опубликованный 1970 г.), работающий в ИК-диапазоне от 8 до 14 мкм., состоящий из отдельных двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Линзы объектива выполнены из материалов CsBr и ZnS с показателями преломления 1,66251 и 2,1986. Объектив имеет небольшое фокусное расстояние 100 мм и недостаточную технологичность, т.к. требуется применение разных эталонных пробных стекол для каждой оптической поверхности.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является двухлинзовый объектив (Патент RU №2384868, кл. G02B 9/10, опубликованный 20.03.2010 г.), состоящий из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, у которого имеют место соотношения:
1
3
|R|=|R|;
1
2
|R|<|R|;
1
1,41<n<1,619;
2
1,54<n<1,79;
1
2
3
где: R, R, R - радиусы первой, второй и третьей оптических поверхностей по ходу лучей;
1
2
n, n - показатели преломления материала первой и второй линз по ходу лучей для линии е.
У данного объектива не достаточно большие фокусное расстояние 1002,45 мм, относительное отверстие 1:18 и угловое поле 2W=1 град. 40 мин.
Задачей заявляемой полезной модели является создание технологичного двухлинзового объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат - увеличение фокусного расстояния, относительного отверстия и углового поля в пространстве предметов при повышенной технологичности и высоком качестве изображения.
Это достигается тем, что в двухлинзовом объективе, состоящем из расположенных по ходу лучей двояковыпуклой линзы и отрицательной линзы, причем радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы равен по абсолютной величине радиусу первой по ходу лучей оптической поверхности отрицательной линзы, кроме того, радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности, в отличие от известного, отрицательная линза выполнена двояковогнутой или вогнутоплоской и имеют место соотношения:
1
1,41<n<1,79;
2
1,54<n<1,83;
1
2
где: n n - показатели преломления материала первой и второй линз по ходу лучей для линии е.
На фигурах 1 и 2 представлены оптические схемы предложенных объективов.
Двухлинзовые объективы состоят из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы 1 (фиг.1, 2) и двояковогнутой линзы 2 (фиг.1) или вогнутоплоской 2 (фиг.2), Радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы 1 равен по абсолютной величине радиусу первой по ходу лучей оптической поверхности двояковогнутой линзы 2 (фиг.1) или вогнутоплоской 2 (фиг.2), кроме того, радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы 1 (фиг.1, 2) по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности.
Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (на фигуре не показан).
В соответствии с предложенным решением рассчитано четыре варианта исполнения двухлинзового объектива.
Первый вариант исполнения: объектив, состоящий из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы 1 и двояковогнутой линзы 2, исправлен для λ=640 нм и для λ=900 нм и ахроматизован для этих длин волн. Объектив может работать в качестве коллиматора. Объектив работает в видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра.
Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 1.
Входной зрачок расположен на расстоянии 100 мм перед первой оптической поверхностью, но может быть и в другом месте.
Характеристики рассчитанного первого объектива:
фокусное расстояние
1098,97 мм
относительное отверстие
1:12,2
угол поля зрения
2 град.
Объектив имеет следующие аберрации для λ=640 нм:
- поперечная сферическая аберрация для точки на оси
не более 0,0039 мм
- поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=2 град
не более 0,059 мм
- поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=2 град.
не более 0,017 мм
- меридиональный астигматический отрезок Х<sub>м</sub>
не более - 0,772 мм
- сагиттальный астигматический отрезок X<sub>s</sub>
не более - 0,327 мм
- дисторсия
не более - 0,0049%
В предлагаемой полезной модели:
1
3
|R|=|R|=526,354;
1
n=1,615506;
2
n=1,723166;
1
3
где: R, R - радиусы первой, второй и третьей оптических поверхностей по ходу лучей;
1
2
n, n - показатели преломления материала первой и второй линз по ходу лучей для линии е.
Таблица 1
Радиусы, мм
Толщины, мм
Марки стекла
Показатели преломления n<sub>e</sub>
Коэфф. дисперсии ν<sub>e</sub>
Световые диаметры мм
R<sub>1</sub>=526,354
94
d<sub>1</sub>=9,24
ТК14
1,615506
60,34
R<sub>2</sub>=-577,119
94
d<sub>2</sub>=19,35
1
R<sub>3</sub>=-526,354
94
d<sub>3</sub>=9,24
ТФ3
1,723166
29,29
R<sub>4</sub>=42607,4
94
Второй вариант исполнения: объектив, состоящий из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы 1 и двояковогнутой линзы 2, исправлен для λ=640 нм и для λ=900 нм и ахроматизован для этих длин волн и тоже может работать в качестве коллиматора. Объектив работает в видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра.
Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 2.
Входной зрачок находится на расстоянии 100 мм перед первой оптической поверхностью объектива, но может находиться и в другом месте.
Характеристики рассчитанного объектива:
фокусное расстояние
1100 мм
относительное отверстие
1:12,2
угол поля зрения
2 град.
Объектив имеет следующие аберрации для λ=640 нм:
- поперечная сферическая аберрация для точки на оси
не более 0,03 мм
- поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=2 град.
не более 0,062 мм
- поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=2 град.
не более 0,043 мм
- меридиональный астигматический отрезок Х<sub>м</sub>
не более - 0,748 мм
- сагиттальный астигматический отрезок X<sub>s</sub>
не более - 0,316 мм
- дисторсия
не более - 0,0045%
Таблица 2
Радиусы, мм
Толщины, мм
Марки стекла
Показатели преломления n<sub>e</sub>
Коэфф. дисперсии ν<sub>e</sub>
Световые диаметры мм
R<sub>1</sub>=601,952
94
d<sub>1</sub>=9,2
СТК12
1,69501
54,81
R<sub>2</sub>=-667,586
94
d<sub>2</sub>=26,2
1
R<sub>3</sub>=-601,952
94
d<sub>3</sub>=9,2
ТФ10
1,813767
25,17
R<sub>4</sub>=42607,4
94
В предлагаемой полезной модели:
1
3
|R|=|R|=601,952;
1
n=1,69501;
2
n=1,813767;
1
3
где: R, R - радиусы первой, второй и третьей оптических поверхностей по ходу лучей;
1
2
n, n - показатели преломления материала первой и второй линз по ходу лучей для линии е.
Третий вариант исполнения: объектив, состоящий из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы 1 вогнутоплоской 2, исправлен для λ=625 нм и для λ=900 нм и ахроматизован для этих длин волн. Объектив может работать в качестве коллиматора. Объектив работает в видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра.
Конструктивные параметры объектива приведены в табл.3
Входной зрачок расположен на расстоянии 100 мм перед первой оптической поверхностью, но может быть и в другом месте.
Характеристики рассчитанного объектива:
фокусное расстояние
1098,62 мм
относительное отверстие
1:12,2
угол поля зрения
2 град.
Объектив имеет следующие аберрации для λ=625 нм:
- поперечная сферическая аберрация для точки на оси
не более 0,0014 мм
- поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=2 град.
не более 0,0526 мм
- поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=2 град.
не более 0,01198 мм
- меридиональный астигматический отрезок Х<sub>м</sub>
не более - 0,767 мм
- сагиттальный астигматический отрезок X<sub>s</sub>
не более - 0,327 мм
- дисторсия
не более - 0,0049%
В предлагаемой полезной модели:
1
3
|R|=|R|=532,533;
1
n=1,615506;
2
n=1,723166;
Таблица 3
Радиусы, мм
Толщины, мм
Марки стекла
Показатели преломления n<sub>e</sub>
Коэфф. дисперсии ν<sub>e</sub>
Световые диаметры мм
R<sub>1</sub>=532,533
94
d<sub>1</sub>=9,24
TK14
1,615506
60,34
R<sub>2</sub>=-586,638
94
d<sub>2</sub>=19,35
1
R<sub>3</sub>=-532,533
94
d<sub>3</sub>=9,24
ТФ3
1,723166
29,29
R<sub>4</sub>=∞
94
1
3
где: R, R - радиусы первой, второй и третьей оптических поверхностей по ходу лучей;
1
2
n, n - показатели преломления материала первой и второй линз по ходу лучей для линии е.
Четвертый вариант исполнения: объектив, состоящий из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы 1 и 1 вогнутоплоской 2, исправлен для λ=640 нм и для λ=900 нм и ахроматизован для этих длин волн и тоже может работать в качестве коллиматора. Объектив работает в видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра.
Конструктивные параметры объектива приведены в табл.4.
Входной зрачок находится на расстоянии 100 мм перед первой оптической поверхностью объектива, но может находиться и в другом месте.
Характеристики рассчитанного варианта исполнения объектива:
фокусное расстояние
1100 мм
относительное отверстие
1:12,2
угол поля зрения
2 град.
Объектив имеет следующие аберрации для λ=640 нм:
- поперечная сферическая аберрация для точки на оси
не более 0,00007 мм
- поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=2 град.
не более 0,0389 мм
- поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=2 град.
не более 0,0143 мм
- меридиональный астигматический отрезок Х<sub>м</sub>
не более - 0,848 мм
- сагиттальный астигматический отрезок X<sub>s</sub>
не более - 0,35 мм
- дисторсия
не более - 0,0043%
Таблица 4
Радиусы, мм
Толщины, мм
Марки стекла
Показатели преломления n<sub>e</sub>
Коэфф. дисперсии ν<sub>e</sub>
Световые диаметры мм
R<sub>1</sub>=521,16
94
d<sub>1</sub>=9,2
TK21
1,659961
50,81
R<sub>2</sub>=-619,012
94
d<sub>2</sub>=26,2
1
R<sub>3</sub>=-521,16
94
d<sub>3</sub>=9,2
ТФ10
1,813767
25,17
R<sub>4</sub>=∞
94
В предлагаемой полезной модели:
1
3
|R|=|R|=521,16;
1
n=1,659961;
2
n=1,813767;
1
3
где: R, R - радиусы первой, второй и третьей оптических поверхностей по ходу лучей;
1
2
n n - показатели преломления материала первой и второй линз по ходу лучей для линии е.
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан двухлинзовый объектив с увеличенными фокусным расстоянием, относительным отверстием и угловым полем в пространстве предметов с повышенной технологичностью при высоком качестве изображения.