Светосильный объектив

Предлагаемая полезная модель относится к области объективов для приборов ночного видения. Приборы ночного видения дают возможность рассматривать окружающее пространство в условиях пониженной и низкой освещенности.
В качестве приемника энергии используется электронно-оптический преобразователь II поколения ( ЭОП ) - прибор, усиливающий попадающие на него слабые световые сигналы в Ю  - 10 раз.
Известно, что объективы, применяемые для приборов такого типа, должны иметь возможно большее относительное отверстие и, одновременно, для удобства работы, большое поле зрения, что обуславливает довольно сложную конструкцию схемы оптики объектива. Так как спектральная чувствительность современных ЭОПов охватывает широкий спектральный диапазон длин волн - от X  0.4 мкм до .9 мкм, то задача заключается в достижении высокой степени коррекции моно- и хромтических аберраций по всему полю изображения 1, 2, 3, 4, 5.
Наиболее близким к заявляемой схеме является объектив 6, с относительным отверстием .2 , состоящий из пяти компонентов, первый из которых представляет собой одиночный положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к объекту, второй состоит
изположительногомениска,обращенноговыпуклой
поверхностью к объекту, и отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к апертурной диафрагме, помещенной в воздущном промежутке между вторым и третьим компонентами, третий компонент, выполнен в виде склеенной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к апертурной диафрагме, четвертый и пятый компоненты представляют собой одиночные положительные линзы, обращенные более крутыми поверхностями друг к другу.
Недостаток известного объектива заключается в следующем.
Несмотря на то, в объективе хорощо исправлена кривизна поля и астигматизм, величины аберраций для точки на оси и для внеосевых пучков в меридиональном и сагиттальном сечениях, особенно хроматические, весьма значительны, что существенно снижает качество изображения.
Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является улучшение качества изображения при увеличении относительного отверстия до .1 и расщирении спектрального интервала до
А,0.4-0.9 мкм.
Поставленная задача решается с помощью предложенного светосильного объектива, который, как и прототип, включает в себя пять компонентов, первый из которых положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к объекту, второй, состоящий из положительного и
ftt/3 f;r
2 отрицательного менисков, третий, выполнен в виде склеенной линзы,
обращеннойвогнутой поверхностью к апертурной диафрагме,
расположенной между вторым и третьим компонентами, четвертый и пятый компоненты выполненные в виде двояковыпуклых положительных линз, обращенных более крутыми поверхностями друг к другу.
В отличие от прототипа в предлагаемый объектив дополнительно введены два компонента, выполненные в виде положительных менисков, один из которых установлен между первым и вторым компонентами, а другой - за пятым компонентом, при этом оптические силы обоих дополнительных компонентов соответствуют следующим условиям: 0.10фо фдо11.комп.б,7 0-2090, оптические силы первого, второго и четвертого компонентовсоответствуютследующимусловиям:
0.30фо: ф1,2,4 О.ЗЗфо, кроме того, толщины первого, дополнительного шестого компонента, четвертого и пятого соответствуют следующим условиям: 0.10/фо  dl,дon.кoмп.6,4.5  0-12/фо. а линзы первого, четвертого и дополнительного компонента 6, установленного между первым и вторым компонентами, а также положительные линзы второго и третьего компонентов выполнены из одинакового оптического материала с показателем преломления и коэффициентом дисперсии, удовлетворяющими следующим условиям: 1.74 щ 1.75,50 Vd 51, причем дополнительный компонент 7,
установленный за пятым компонентом, выполнен из оптического материала с показателем преломления и коэффициентом дисперсии, удовлетворяющимиследующимусловиям:
1.48 падоп.комп..49
69 УЙДОП.КОМП. 71,
где ф - оптические силы соответствующих компонентов,
фо - оптическая сила всего объектива,
d-толщины соответствующих компонентов,
Па, Vd - показатель преломления и коэффициент дисперсии стекол.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что, благодаря введению в объектив дополнительных компонентов, выполненных в виде положительных менисков, обращенных выпуклой поверхностью в сторону объекта, обладающих слабой положительной силой и имеющих радиусы, близкие по величине и одинаковые по знаку, и размещению одного из них между первым и вторым компонентами, а другого за пятым компонентом, появилась возможность исправления аберраций широкого наклонного пучка для достаточно большого спектрального диапазона при обеспечении высокой степени равномерности освещенности по полю изображения:- при относительном
отверстии .1 и угловом поле зрения  освещенность на
краю поля составляет 63% от освещенности в центре изображения.
При этом введенные дополнительные компоненты практически не вносят сферической аберрации и астигматизма.
60f
4
На чертеже, на фиг. 1 - представлена оптическая схема светосильного объектива.
Светосильный объектив содержит последовательно расположенные пять компонетов, первый из которых выполнен в виде положительного мениска 1, обращенного выпуклой поверхностью к объекту, второй компонент 2, состоящий из положительного и отрицательного менисков, третий компонент 3 - отрицательный, склееный из отрицательной и положительной линз, четвертый компонент 4 и пятый компонент 5 выполнены в виде двояковыпуклых положительных линз.
В объектив введены два дополнительных компонента 6 и 7, выполненные в виде положительных менисков, один из которых - компонент 6 расположен между компонентами 1 и 2, а другой компонент 7 установлен за компонентом 5. В воздушном промежутке между вторым компонентом 2 и третьим компонентом 3 расположена апертурная диафрагма 8.
Оптические силыдополнительных компонентов 6 и 7,
соответствуютследующимусловиям:
0.10фо фдоп.комп.6,7 0-20фо, оптические силы первого, второго и четвертого компонентовсоответствуютследующимусловиям:
О.ЗОфо  ф1,2,4 .35фо, кроме того, толщины первого, дополнительного 6, четвертого и пятого компонентов, соответствуют следующим условиям: 0.10/фо  di доп.комп.6,4.5 .12/фо, а линзы первого, четвертого и дополнительного компонента 6, установленного между первым и вторым компонентами, а также положительные линзы второго и третьего компонентов выполнены из
одинакового оптического материала с показателем преломления и коэффициентом дисперсии, удовлетворяющими следующим условиям: 1.74 nj 1.75, 50 Vd 51, причем дополнительный компонент 7, установленный за пятым компонентом, выполнен из оптического материала с показателем преломления и коэффициентом дисперсии, удовлетворяющими следующим условиям:
1.48 Пйдоп.комп..49 69 Vdaon.KOMn. 71,
где ф - оптические силы соответствующих компонентов, фо - оптическая сила всего объектива, d-толщины соответствующих компонентов, nd, Vd - показатель преломления и коэффициент дисперсии стекол.
Предлагаемый объектив работает следующим образом.
Передняя группа линз, расположенная перед апертурной диафрагмой 8 и состоящая из первых трех компонентов 1, 6 и 2, образует слабуюположительнуюсистему,котораяобладет положительной дисторсией, значительным отрицательным астигматиз мом и кривизной поля, но при этом она в 2.5 раза уменьшает апертуру для последующей группы линз, расположенной за апертурной диафрагмой 8, состоящей из компонентов 3, 4 и 5. Эта группа компонентов, обладающая существенной оптической силой, работает с линейным увеличением близким к (.5 и полностью исправляет аберрации для осевой точки предмета. Седьмой компонент, обладая
. 6
малой оптической силой, практически не меняет аберрации для осевой точки, но компенсирует кому и положительную кривизну поля, обеспечивая равномерное качество изображения по всему полю.
Предлагаемая схема обеспечивает получение светосильного объектива с относительным отверстием .1 для достаточно
большого спектрального диапазона (А.0.4-0.9мкм) при достижении
высокой степени равномерности освещенности и качества изображения по полю.
Результаты расчета конкретного варианта объектива с фокусным расстоянием , относительным отверстием .1 и угловым
полемзрения2со 24°приведенывПриложении.
Предлагаемый объектив может быть использован в приборах ночного видения, где повышение относительного отверстия, расширение спектрального диапазона и обеспечение равномерного качества изображения по всему полю существенно улучшает эксплоатационные свойства прибора.
1.Патент 2.Патент 3.Патент 4.Патент 5.Патент 6.Патент источники ИНФОРМАЦИИ США № 4 448 497 М. Кл. G 02 В 9/62 США № 4 443 070 М. Кл. G 02 В 9/62 ГДР № 214946М. Кл. G 02 В 11/34 Японии №49-23891 М. Кл. G 02 В 9/62 Франции № 2119088 М. Кл. G 02 В 11/00 США № 4 363 643 М. Кл. G 02 В 9/62 - прототип. Система-ОБ-В F
Осевые
Радиусы расст.
КРИВИЗНЫ
6.600
4. 000
6.870
. 060
11. 900 1.500
11. 000 8. 500
3.000 16. 000
. 060
7. 000
. 060
7.000
4.000
8.000 ПРЕДМЕТ: Упал, ЮОБРАЖ Блиа ДИАФР. : ND Относительные Относительиое Относительное
Система-ОБ-В F 60 1. 1
Па.раксиальные характеристики F F 3F -61, 06064 61. 06064 23. 89970
S S S G (дптр) (MM) (MM) 0 . 00000 20. 31015 20. 31015 Система-ОБ-В F 60 1. 1  Габариты пучков 0 27. 73 27. 73 -. 45126 -. 45126 58. 472
Показатели преломления
Световые Марки высоты стекал L
70000 . 45000. 90000
1. 759951. 73053
1. 759951. 73053
1. 759951. 73053
1. 695821, 65509
1. 714091. 67087
1. 759951 73053
1, 759951. 73053
1. 599401. 58009
1. 494791. 48062
OPAL-PC
Работа-RT
3H
SF
3H -40. 75049 84. 96033 0. 31015
SP
SF
(дптр)
(MM)
-61. 06064
58. 47221 -9. 27275
OPAL-PC Работа-RT 60 1. 1 2Vi 24Файл МАиСтЬ.ОВ 2/12/2002 11: 02 ОРАТ.-РС КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ размер У  . 00000 30 . ОООдптр от вх. зрачка ра.змер Y  12. 50000 (мм) 31 . 000 (им от пл. Гаусса 8 3D . 0000 (мм)Высота на диафр.  15. 1000 (мм) величины предмета. : 1. 000 . 707 виньетирование верхнее . 000 . 000 виньетирование нижнее : . 000 . 000  11РИи(.)ЖННИЕ -9. 273 . 000 . 000 100. 0 100. 0
Система-ОБ-В Г 60 1. 1  Аберрации внеосевых пучков
Выходные координаты Радиус ()
I у - ,V
ЛУ
Сагиттальное сечение Пучок 1 . 000 48. 40 -12. 84 . 02491 - 01807 866 40. 78 -12. 41 . 01518 -. 02024
-. 01521
-. 00329 . 707 32. 39 -12. 03 -. 00785 . 500 22. 32 -11 70 -. 01282 Пучок 2
Сз.гиттзльное сечение -. 00384 . 000 49. 71 -8. 83 . 02204 . 686 41. 87 -8. 53 -. 00337 . 00484 -. 01175 -. 00103 -. 00186 -. 01387
OPAL-PC
(мм)
DX Dy  2 -
-11. 5842
24052 -. 04585. 08158-. 01244
17299 -. 04780. 08076-. 01407
10886 -. 04291. 03136-. 00843
05752 -. 03564. 01035-. 00034
-8. 2213
21581 . 00989. 08129. 02580
Система-ОБ-В F 60 1. 1 2W:r24
Частотно-контрастная характеристика
Полих.роматические Снепредавный спектр Ьн . 450 LB . 900) . 00 1 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00
lOfrlib fff
ОРА1.-РГ
Работа-MTF