ИНФРАКРАСНЫЙ ОБЪЕКТИВ
INFRARED LENS

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве объектива коллиматора в составе контрольно-измерительной аппаратуры, в частности, в устройствах имитации динамических сцен на основе микрозеркальных матриц.
f'
Известна оптическая система тепловизионного прибора, описанная в патенте RU 2623417, МПК G02B 13/14, публ. 19.06.2017 г. Система предназначена для работы в спектральном диапазоне от 3 до 5 мкм и состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную выпукло-вогнутые линзы, и второго компонента, содержащего первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы. Фокусное расстояние системы f'=119,5 мм, относительное отверстие 1:2, линейное поле зрения 2у'=12,15 мм, угловое поле зрения 2ω=6°, величина заднего фокального отрезка S'=32,7 мм (0,27f'). К недостаткам данной оптической системы можно отнести небольшое фокусное расстояние и недостаточный для использования в составе контрольно-измерительных устройств задний фокальный отрезок, величина которого должна составлять не менее 0,5f', для обеспечения размещения оптических элементов осветителя.
f'
Также известен трехлинзовый объектив с большой апертурой и асферическими поверхностями (см. патент US 5251063, МПК G02B 9/14, публ. 05.10.1993 г., фиг. 2). Объектив состоит из двух компонентов, первый из которых содержит положительную выпукло-вогнутую линзу и отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, а второй компонент выполнен в виде одиночной положительной выпукло-вогнутой линзы. Объектив предназначен для работы в области спектра от 3,4 до 5,2 мкм, имеет фокусное расстояние f'=91,2, относительное отверстие 1:1,783, угловое поле зрения 2ω=5,656°, линейное поле зрения 2у'=9 мм, величину заднего фокального отрезка S'=21,7 мм (0,24f'). Данный объектив обладает теми же основными недостатками, как и система, представленная в предыдущем патенте.
1
2
1
2
Наиболее близким к заявляемому объективу по количеству совпадающих признаков, принятым за прототип, является светосильный объектив, представленный в патенте RU 115515, МПК G02B 13/14, публ. 27.04.2012 г. Объектив предназначен для работы в спектральном диапазоне от 2,7 до 4,4 мкм и содержит три линзы, первая из которых положительная выпукло-вогнутая, вторая отрицательная выпукло-вогнутая, третья положительная выпукло-вогнутая. Первая и третья линзы выполнены из кремния, а вторая выполнена из германия. Для расстояний между первой и второй линзами d и второй и третьей линзами d выполняются следующие условия: 0,09f'<d<0,095f', 0,78f'<d<0,81f' (f' - фокусное расстояние объектива).
f'
Фокусное расстояние объектива f'=121,6 мм, относительное отверстие 1:1,28, угловое поле зрения 2ω=7°30', линейное поле зрения 2у'=14,9 мм, величина заднего фокального отрезка S'=62,1 мм (0,51f').
К недостаткам данного объектива можно отнести небольшие фокусное расстояние и линейное поле зрения.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение фокусного расстояния и линейного поля зрения инфракрасного объектива.
Поставленная задача решается за счет того, что в инфракрасном объективе, содержащем последовательно расположенные вдоль оптической оси первую положительную выпукло-вогнутую линзу, вторую отрицательную линзу и третью положительную выпукло-вогнутую линзу, в соответствии с предлагаемым изобретением вторая линза выполнена вогнуто-выпуклой, дополнительно введена четвертая отрицательная выпукло-вогнутая асферическая линза, и при этом выполняются соотношения:
где f' - фокусное расстояние объектива;
1,2
f' - фокусное расстояние первой и второй линз;
3,4
f' - фокусное расстояние третьей и четвертой линз;
3
4
f', f' - фокусные расстояния третьей и четвертой линз;
d - расстояние между второй и третьей линзами.
На фигуре 1 представлена оптическая схема инфракрасного объектива с ходом лучей.
На фигуре 2 представлены графики модуляционной передаточной функции (МПФ) объектива.
На фигуре 3 представлены графики кривизны поля и дисторсии.
Инфракрасный объектив содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси первую положительную выпукло-вогнутую линзу 1, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 2, третью положительную выпукло-вогнутую линзу 3 и четвертую отрицательную выпукло-вогнутую асферическую линзу 4. При этом выполняются соотношения:
где f' - фокусное расстояние объектива;
1,2
f' - фокусное расстояние первой и второй линз;
3,4
f' - фокусное расстояние третьей и четвертой линз;
3
4
f', f' - фокусные расстояния третьей и четвертой линз;
d - расстояние между второй и третьей линзами.
На фигуре 1 представлена оптическая схема инфракрасного объектива с ходом лучей.
В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемого инфракрасного объектива.
Конструктивные параметры конкретного примера исполнения инфракрасного объектива приведены в таблице 2.
1,2
3,4
3
4
В таблице 3 приведены соотношения, выполняемые в заявляемом инфракрасном объективе для фокусных расстояний первой и второй линз f', третьей и четвертой линз f', расстояния d между второй и третьей линзами и фокусным расстоянием объектива f', а также для фокусных расстояний третьей f' и четвертой f' линз.
Как следует из таблицы 1, фокусное расстояние заявляемого объектива f'=230 мм, линейное поле зрения 2у'=24,1 мм, что в 1,9 и в 1,6 раза соответственно больше, чем в прототипе.
Выбор формы и оптических сил линз, входящих в состав объектива, и выполнение соотношений, приведенных в таблице 3, обеспечивают увеличение линейного поля зрения и фокусного расстояния.
Инфракрасный объектив работает следующим образом. Излучение от бесконечно удаленного объекта через входной зрачок попадает в объектив, проходит через линзы 1-4 и фокусируется в его фокальной плоскости.
Приведенные на фиг. 2 графики МПФ заявляемого объектива, свидетельствуют о дифракционном качестве формируемого изображения в пределах всего поля зрения. Из графиков, приведенных на фиг. 3, следует, что величина дисторсии на краю поля зрения не превышает 0,2%. Все это позволяет сделать вывод о том, что заявляемый инфракрасный объектив в полной мере отвечает требованиям, предъявляемым к объективам коллиматоров.
Таким образом, выполнение инфракрасного объектива в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет увеличить линейное поле зрения и фокусное расстояние.