Результат интеллектуальной деятельности: Объектив для ближней ИК-области спектра

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам для ближней ИК-области спектра 0,6-0,9 мкм, и может быть использовано в наблюдательных приборах и телевизионных обзорных комплексах.

Известен объектив, содержащий три компонента, первый из которых - двухсклеенная линза, состоящая из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, а второй и третий положительные мениски, обращенные вогнутостью к изображению (Патент РФ №2105333, МПК⁶ G02B 9/12, G02B 9/34, G02B 15/22, 1995).

Указанный объектив имеет низкое качество изображения, не позволяющее достичь предела разрешающего, соответствующего размеру пикселей современных телевизионных матричных фотоприемников приемников.

Наиболее близким к заявляемому является объектив, содержащий четыре компонента, первый из которых - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий компонент - отрицательный мениск, склеенный из двух линз, четвертый компонент - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению (Патент РФ №2218585, МПК⁷ G02В 9/60, G02B 13/14,2002).

Указанный объектив также имеет недостаточно высокое качество изображения, не позволяющее достичь предела разрешающего, соответствующего размеру пикселей современных телевизионных матричных фотоприемников. Как показывает расчет по конструктивным параметрам, приведенным в таблицах 3 и 5 в описании, диаметр кружка рассеяния, в котором сосредоточено 80% энергии, составляет 10 мкм для центра поля и 15 мкм для края поля. Типичный размер одного пикселя в современных телевизионных фотоприемниках составляет 5 мкм.

Кроме того, указанный объектив имеет относительно большую длину и малый рабочий отрезок, т.е. расстояние от последней поверхности объектива до плоскости изображения. Из конструктивных параметров, приведенных в таблицах 3 и 5, следует, что отношение длины объектива к фокусному расстоянию составляет 1,10 и 1,16 соответственно, а отношение рабочего отрезка к фокусному расстоянию объектива составляет 0.21 и 0,16 соответственно. Большая длина объектива увеличивает его габариты и вес, а малый рабочий отрезок не позволяет разместить за объективом дополнительную фокусирующую линзу или светорегулирующие устройство, например набор светофильтров или светоделительное зеркало.

Задача настоящего изобретения - повышение качества изображения, уменьшение длины и увеличение рабочего отрезка объектива.

Поставленная задача решается тем, что в объективе для ближней ИК области спектра, содержащем апертурную диафрагму и четыре компонента, первый из которых - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий компонент - отрицательный мениск, склеенный из двух линз, четвертый компонент - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, новым является то, что второй компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, склеенного из отрицательного и положительного менисков, при этом фокусные расстояния компонентов удовлетворяют следующим условиям:

F₀/F₁=0,1÷1,0;

F₂/F₀=0,5÷0,9;

F₀/|F₃|=0,1÷1,0;

|F₄|/F₀=0,5÷0,9;

где F₁, F₂, F₃, F₄, F₀ - фокусные расстояния первого, второго, третьего, четвертого компонентов и объектива соответственно.

Представленная конструкция позволяет повысить качество изображения, уменьшить длину и увеличить задний рабочий отрезок объектива.

В частном случае между вторым и третьим компонентом расположена апертурная диафрагма с возможностью регулирования диаметра. Это дает дополнительную возможность регулирования светового потока на фотоприемнике, что расширяет функциональные возможности объектива.

В частном случае между четвертым компонентом и плоскостью изображений расположена одиночная линза с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Это дает возможность фокусировки на предметы, находящиеся на конечном расстоянии, что также расширяет функциональные возможности объектива.

В частных случаях материалы линз и конструктивные параметры объектива удовлетворяют следующим условиям:

- первая линза второго компонента и вторая линза третьего компонента выполнены из одного материала;

- вторая линза второго компонента и первая линза третьего компонента выполнены из одного материала;

- первая линза первого компонента и четвертый компонент выполнены из одного материала;

- оптические поверхности выполнены с соблюдением следующего соотношения:

R₉=-R₁;

где R₁ - радиус первой поверхности первого компонента,

R₉ - радиус последней поверхности третьего компонента.

В вышеуказанных частных случаях сокращается используемый для изготовления набор марок стекол и набор пробных стекол, что повышает технологичность изготовления объектива.

На фиг. 1а, 1б, 1в показана оптическая схема объектива для вариантов 1, 2, 3 соответственно, на фиг. 2а, 2б, 2в - частотно-контрастная характеристика объектива для вариантов 1, 2, 3 соответственно.

Объектив содержит апертурную диафрагму и четыре компонента. Первый компонент - положительный мениск 1, обращенный выпуклостью к предмету, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй компонент - положительный мениск 2, обращенный выпуклостью к предмету, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Третий компонент - отрицательный мениск 3, обращенный выпуклостью к изображению, склеенный из отрицательного и положительного менисков. Четвертый компонент - отрицательный мениск 4, обращенный выпуклостью к изображению.

Фокусные расстояния компонентов удовлетворяют следующим условиям:

F₀/F₁=0,1÷1,0;

F₂/F₀=0,5÷0,9;

F₀/|F₃|=0,1÷1,0;

|F₄|/F₀=0,5÷0,9;

где F₁, F₂, F₃, F₄, F₀ - фокусные расстояния первого, второго, третьего, четвертого компонентов и объектива соответственно.

Между вторым компонентом 2 и третьим компонентом 3 расположена апертурная диафрагма с возможностью регулирования диаметра.

Между четвертым компонентом 4 и плоскостью изображений расположена одиночная линза 5 с возможностью перемещения вдоль оптической оси.

На фиг. 1а, 1б, 1в показан также светофильтр 6, ограничивающий рабочую область спектра.

Материалы линз и конструктивные параметры объектива удовлетворяют следующим условиям:

- первая линза второго компонента и вторая линза третьего компонента выполнены из одного материала;

- вторая линза второго компонента и первая линза третьего компонента выполнены из одного материала;

- первая линза первого компонента и четвертый компонент выполнены из одного материала.

- оптические поверхности выполнены с соблюдением следующего соотношения:

R₉=-R₁;

где R₁ - радиус первой поверхности первого компонента,

R₉ - радиус последней поверхности третьего компонента.

Ниже приведены три варианта конкретного выполнения объектива.

В табл. 1, 2, 3 приведены конструктивные параметры объектива - радиусы поверхностей, толщины линз и воздушных промежутков между ними, материалы и диаметры линз - для вариантов 1, 2, 3 соответственно.

В таблице 4 приведены рассчитанные оптические характеристики объектива для вариантов 1, 2, 3.

Положительный эффект предлагаемой конструкции объектива заключается в том, что она обеспечивает, по сравнению с прототипом, повышенное качество изображения, что позволяет обеспечить предел разрешения, соответствующий размеру пикселей современных телевизионных матричных фотоприемников.

Предлагаемый объектив, по сравнению с прототипом, имеет относительно небольшую длину и относительно большой рабочий отрезок, что позволяет уменьшить габариты и вес объектива и разместить за объективом дополнительную фокусирующую линзу или светорегулирующие устройство, например набор светофильтров или светоделительное зеркало.