СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ
HIGH-APERTURE LENS

Изобретение относится к оптическим приборам и может использоваться в приборах ночного видения и в приборах, работающих с матричными приемниками оптического излучения.
Для работы с матричными приемниками оптического излучения широко используются светосильные короткофокусные объективы с небольшим числом компонентов (от трех до шести), со средними значениями угла поля зрения (60-80°), со смещенным в ближнюю ИК область спектра пропусканием.
Известен объектив по патенту JPH 11-142,730, опубл. 28.05.1999 г., содержащий четыре компонента, первый из которых двояковогнутая линза, второй двояковыпуклая линза, третий - положительный в виде склеенного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, четвертый - двояковыпуклая линза. Объектив имеет две асферические оптические поверхности сложной формы и имеет малое значение относительного отверстия (1:2,8). Кроме этого в патенте не указано, предназначен ли объектив для работы в ИК области спектрального диапазона.
Известен объектив по патенту US 5087989, опубл. 11.02.1992 г., содержащий четыре компонента, первый из которых отрицательный в виде мениска, обращенного выпуклостью к предмету, второй положительный вогнуто-выпуклый мениск, третий - плосковыпуклая линза, обращенная плоскостью к предмету, четвертый - выпуклоплоская склеенная линза, расположенная выпуклостью к предмету. Объектив имеет две асферические оптические поверхности сложной формы, имеет малое значение относительного отверстия (1:2), большое значение угла поля зрения (2ω=100°) и, очевидно, не предназначен для работы в ИК-области спектрального диапазона. Указанные аналоги поэтому не решают поставленную задачу.
е
e
Ближайшим по конструктивному исполнению к предлагаемому является короткофокусный объектив по патенту РФ №2397517, опубл. 20.03.2008 г., применяемый в низкоуровневых телевизионных камерах, работающий в видимой и ближней ИК-области спектра. Объектив содержит три линзовых компонента: первый компонент - одиночный отрицательный в виде мениска, обращенного выпуклостью к предмету; второй - положительный, склеенный из положительного мениска и двояковыпуклой линзы; третий - положительный, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска. Второй и третий сложные компоненты, обращенные выпуклостями линз друг к другу, образуют блок, обеспечивающий коррекцию хроматических аберраций. Одиночный мениск может быть выполнен из стекла, имеющего показатель преломления n<1,50 и коэффициент дисперсии v>85. Относительное отверстие объектива 1:2, угловое поле зрения в пространстве предметов 88°, рабочий спектральный диапазон 0,4…0,95 мкм. Как видим, объектив не решает поставленную задачу, поскольку угловое поле зрения в пространстве предметов достаточно большое, а относительное отверстие меньше требуемых значений.
е
Техническим результатом изобретения является расширение рабочей области спектра до ближней инфракрасной (1 мкм), увеличение относительного отверстия до 1:1,4, уменьшение угла поля зрения в пространстве предметов до 58°, использование стекол с коэффициентом дисперсии υ<85 с сохранением высокого качества изображения в спектральном диапазоне от 0,53 до 1 мкм.
Технический результат достигается тем, что в светосильном объективе, включающем отрицательный компонент и блок из двух сложных положительных компонентов, обращенных выпуклостями друг к другу, в отличие от известного отрицательный компонент выполнен в виде плосковогнутой линзы, обращенной вогнутостью к изображению, после которой дополнительно введены двояковыпуклая линза и отрицательный мениск, расположенный вогнутостью к предмету, положительные компоненты склеены из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, при этом к плосковогнутой линзе приклеен светофильтр в виде плоскопараллельной пластины.
Выполнение первого компонента в виде плосковогнутой линзы обеспечивает получение необходимого угла поля зрения, а введенные дополнительно двояковыпуклая линза и отрицательный мениск обеспечивают приемлемое значение дисторсии и необходимое относительное отверстие. Группа из двух последних компонентов - сложных положительных менисков, обращенных выпуклостями друг к другу и состоящих из двояковогнутой и двояковыпуклой линзы каждый, обеспечивают коррекцию хроматических (в диапазоне от 0,53 до 1 мкм) и монохроматических аберраций, вносимых предыдущими элементами. Введение в схему приклеенного светофильтра отсекает спектр менее 0,53 мкм, повышает контрастность получаемого изображения в ближней ИК-области спектра.
Оптическая схема объектива поясняется чертежом и диаграммой.
Предложенный объектив содержит отрицательный компонент в виде плосковогнутой линзы 1, двояковыпуклую линзу 2, отрицательный мениск 3, обращенный вогнутостью к предмету, блок 4 из двух сложных положительных компонентов, обращенных выпуклостями друг к другу, включающий в себя по ходу луча двояковогнутую 5 и двояковыпуклую 6 линзы, двояковыпуклую 7 и двояковогнутую 8 линзы. К линзе 1 приклеен светофильтр 9 в виде плоскопараллельной пластины из стекла ОС11 или ОС12, отсекающий спектр менее 0,53 мкм.
В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан объектив со следующими характеристиками:
фокусное расстояние объектива f'=8,45 мм;
F'
задний фокальный отрезок S'=9,16 мм;
относительное отверстие - 1:1,4;
угловое поле в пространстве предметов - 58°;
спектральный диапазон - (0,53…1) мкм;
длина оптической системы - 4,03f'.
Конструктивные параметры объектива приведены в таблице.
Объектив работает следующим образом. Параллельный световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит последовательно через компоненты 9, 1-3, 5-8 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического изображения (не показан).
Частотно-контрастная характеристика данного объектива в спектральном диапазоне от 0,53 до 1 мкм представлена на диаграмме.
Из диаграммы следует, что объектив имеет высокое значение коэффициента передачи контраста (КПК) на частоте 80 лин/мм как для осевого пучка лучей (0,52 - первая кривая сверху), так и для внеосевых пучков (более 0,3), что подтверждает высокое качество изображения, получаемое объективом.
е
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата по сравнению с ближайшим аналогом: увеличено относительное отверстия до 1:1,4, уменьшен угол поля зрения в пространстве предметов до 58°, использованы стекла с коэффициентом дисперсии υ<85, при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю в спектральном диапазоне от 0,53 до 1 мкм. Объектив промышленно применим с матричными приемниками.