СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ
LARGE-APERTURE LENS

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, работающим в дальнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизионных приборах.
Известен светосильный объектив, описанный в патенте RU №2183340, МПК G02В 13/14, 9/34; опубл. 2002 г., содержащий четыре компонента по ходу лучей, первый из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - вогнутоплоская линза, обращенная плоскостью к изображению, третий - положительная плосковыпуклая линза, обращенная плоскостью к предмету, и четвертый - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Данный объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм и все линзы у него выполнены из германия с показателем преломления более 4. При этом фокусное расстояние объектива 51,14 мм, относительное отверстие 1:1,65, угол поля зрения - 18 град, задний фокальный отрезок 45,23 мм. Этот объектив близок по конструкции к заявляемому изобретению, однако имеет малое относительное отверстие.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив, описанный в патенте RU №2348059; МПК G02В 9/34, 13/14, опубл. 27.02.2009 г., состоящий из четырех компонентов по ходу лучей: первого компонента - одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, второго компонента - одиночного отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, третьего компонента - одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и четвертого компонента - одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, кроме того, первый и четвертый компоненты выполнены из германия, все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка и имеют место условия:
2
5
|R|=|R|
3
6
8
|R|=|R|=|R|
5
6
|R|>|R|
2
где R - радиус второй оптической поверхности;
3
R - радиус третьей оптической поверхности;
5
R - радиус пятой оптической поверхности;
6
R - радиус шестой оптической поверхности;
8
R - радиус восьмой оптической поверхности.
Данный объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм. Фокусное расстояние объектива 130,03 мм, относительное отверстие 1:1,08, угол поля зрения 5 град 20 мин, задний фокальный отрезок 25,07 мм, но у него малое относительное отверстие.
Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат - увеличение относительного отверстия при высоком качестве изображения.
Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из четырех по ходу лучей компонентов, первый из которых - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, третий - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, и четвертый компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, кроме того, первый и четвертый компоненты выполнены из германия, все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка и имеют место соотношения
5
6
|R|>|R|
5
где R - радиус пятой оптической поверхности,
6
R - радиус шестой оптической поверхности,
отличается тем, что имеют место соотношения
5
2
|R|≤|R|
3
8
|R|≥|R|
2
где R - радиус второй оптической поверхности,
3
R - радиус третьей оптической поверхности,
8
R - радиус восьмой оптической поверхности.
3
6
Кроме того, в светосильном объективе |R| может быть больше или меньше |R|.
На фигуре представлена оптическая схема светосильного объектива.
Светосильный объектив состоит из четырех компонентов по ходу лучей: первого компонента - одиночного положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к изображению, второго компонента - одиночного отрицательного мениска 2, обращенного выпуклостью к изображению, третьего компонента - одиночного положительного мениска 3, обращенного выпуклостью к изображению, и четвертого компонента - одиночного положительного мениска 4, обращенного вогнутостью к изображению. За мениском 4 расположена плоскопараллельная пластина 5, которая может также являться защитным стеклом.
Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив. Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4, плоскопараллельную пластину 5 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).
В соответствии с предложенным решением рассчитаны два варианта выполнения светосильного объектива, исправленные в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.
Конструктивные параметры объектива по первому варианту выполнения приведены в таблице 1.
Характеристики рассчитанного объектива по первому варианту выполнения:
фокусное расстояние
130,14 мм
относительное отверстие
1:0,978
угол поля зрения
5 град 20 мин
задний фокальный отрезок
1,765 мм
задний фокальный отрезок
без учета плоскопараллельной пластины
46,515 мм
входной зрачок совпадает с первой поверхностью
В предлагаемом первом варианте объектива имеют место соотношения:
3
8
|R|=|R|=116,14,
5
6
266,7=|R|>|R|=115,88,
5
2
266,7=|R|<|R|=272,3,
3
6
116,14=|R|>|R|=115,88.
Характеристики рассчитанного объектива по второму варианту выполнения:
фокусное расстояние
130 мм
относительное отверстие
1:1
угол поля зрения
5 град 20 мин
задний фокальный отрезок
1,027 мм
задний фокальный отрезок
без учета плоскопараллельной пластины
46,277 мм
входной зрачок совпадает с первой поверхностью
В предлагаемом втором варианте объектива имеют место соотношения:
2
5
|R|=|R|=272,3,
5
6
272,3=|R|>|R|=116,41,
3
6
116,14=|R|<|R|=116,41,
3
8
116,14=|R|>|R|=115,35.
Конструктивные параметры объектива по второму варианту выполнения приведены в таблице 2.
В табл. 3 приведены аберрации для длины волны 10 мкм предложенных вариантов выполнения светосильного объектива.
Таким образом, в результате предложенных решений по двум вариантам обеспечено получение технического результата: созданы два светосильных объектива по первому и второму вариантам для спектрального диапазона от 8 до 12,5 мкм с увеличенным относительным отверстием при высоком качестве изображения.