линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в ик-области спектра (варианты)

Формула изобретения

1. Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в ИК-области спектра, содержащий установленные по ходу лучей первый и последний неподвижные положительные компоненты и подвижные одиночные линзы, расположенные между ними, при этом первый по ходу луча компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, первая по ходу луча перемещающаяся линза выполнена в виде двояковогнутой отрицательной линзы, вторая по ходу луча перемещающаяся линза имеет положительную оптическую силу, отличающийся тем, что в нем вогнутая поверхность первого мениска и вторая вогнутая поверхность первой перемещающейся линзы имеют сферическую форму, последний компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, между второй перемещающейся линзой и последним неподвижным компонентом введена дополнительная линза, имеющая возможность перемещения вдоль оптической оси, подвижные линзы перемещаются без сохранения постоянного расстояния между вершинами своих преломляющих поверхностей и все элементы оптической системы изготовлены из материала одной марки.

2. Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в ИК-области спектра, содержащий установленные по ходу лучей первый и последний неподвижные положительные компоненты и подвижные одиночные линзы, расположенные между ними, при этом первый по ходу луча компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, первая по ходу луча перемещающаяся линза выполнена в виде двояковогнутой отрицательной линзы, вторая по ходу луча перемещающаяся линза имеет положительную оптическую силу, отличающийся тем, что в нем вогнутая поверхность первого мениска и вторая вогнутая поверхность первой перемещающейся линзы имеют сферическую форму, последний компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, между второй перемещающейся линзой и последним неподвижным компонентом введена дополнительная неподвижная линза, перемещение подвижных компонентов происходит в противоположных направлениях и все элементы оптической системы изготовлены из материала одной марки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в качестве объектива тепловизионных приборов для наблюдения и опознавания объектов по тепловому излучению.

Известен объектив [1] состоящий из четырех компонентов, причем третий, четвертый установлены с возможностью ввода и вывода их из оптической схемы для изменения фокусного расстояния. Первый и второй компоненты обеспечивают фокусное расстояние f'=449,22 мм, режим узкого поля зрения. Для обеспечения фокусного расстояния f'=117,41 мм - режим широкого угла поля зрения - вводятся третий компонент между первым и вторым и четвертый компонент за вторым.

Его недостатком является большое количество оптических элементов. В результате увеличиваются габаритные размеры и повышается поглощение падающего излучения линзами объектива.

Известен другой объектив [2], состоящий из трех групп компонентов, с возможностью ввода и вывода второй группы из оптической схемы для изменения фокусного расстояния.

Его недостатком являются повышенные габаритные размеры и, как следствие, невозможность применения в аппаратуре, к которой предъявляются жесткие массогабаритные требования, а также необходимость придания преломляющим поверхностям некоторых элементов сложной асферической формы.

Уменьшение габаритных размеров вышеуказанных объективов невозможно из-за необходимости иметь дополнительное пространство для размещения компонентов, вводимых в оптическую схему при изменении ее фокусного расстояния. Выполнение всех преломляющих поверхностей второго объектива сферическими без потери качества изображения невозможно.

Наиболее близким, принятым за прототип, является линзовый объектив [З] с дискретной сменой фокусного расстояния для работы в инфракрасной области спектра с установленными по ходу лучей первым и последним неподвижными положительными компонентами и подвижным отрицательным компонентом, расположенным между ними, при этом первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения.

Недостатками этого объектива являются большие габаритные размеры, низкое качество изображения и малая разрешающая способность, которые ограничивают использование этого объектива с приемниками теплового излучения, величина термочувствительного элемента которых лежит в пределах 25-35 мкм.

Задачей данного изобретения является обеспечение более высоких технических характеристик объектива: улучшение качества изображения и уменьшение габаритных размеров.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в инфракрасной области спектра, содержащий установленные по ходу лучей первый и последний неподвижные положительные компоненты и подвижные одиночные линзы, расположенные между ними, при этом первый по ходу луча компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, первая по ходу луча перемещающаяся линза выполнена в виде двояковогнутой отрицательной линзы, вторая по ходу луча перемещающаяся линза имеет положительную оптическую силу, отличающийся тем, что в нем вогнутая поверхность первого мениска и вторая вогнутая поверхность первой перемещающейся линзы имеют сферическую форму, последний компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, между второй перемещающейся линзой и последним неподвижным компонентом введена дополнительная линза, имеющая возможность перемещения вдоль оптической оси, подвижные линзы перемещаются без сохранения постоянного расстояния между вершинами своих преломляющих поверхностей и все элементы оптической системы изготовлены из материала одной марки.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительная линза установлена неподвижно, а перемещение подвижных компонентов происходит в противоположных направлениях.

Конструктивные параметры данных объективов приведены в таблицах 1 и 2.

Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами.

Фиг.1 - положение компонентов в объективе первого варианта при:

а) '=60 мм;

б) '=180 мм.

Фиг.2 - положение компонентов в объективе второго варианта при:

а) '=60 мм;

б) '=180 мм.

Фиг.3 - график ЧКХ первого варианта при:

а) '=60 мм;

б) '=180 мм.

Фиг.4 - график ЧКХ второго варианта при:

а) '=60 мм;

б) '=180 мм.

На фиг.3 и фиг.4 показаны графики частотно-контрастной характеристики предлагаемых вариантов объектива. По оси абсцисс отложена пространственная частота N мм^-1 , отнесенная к плоскости изображения объектива, а по оси ординат - коэффициент передачи контраста Т в относительных единицах.

Таблица 1
Конструктивные параметры первого варианта объектива
Радиусы, мм	Толщины, мм	Материал	Световые диаметры, мм
R1 =165.347	D1=14.0	Германий	59.8/167.1
R2=236.695	D2=16.546/105.527		55.4/162.1
R 3=-213.332	D3=9.0	Германий	45.7/36.4
R4=454.291	D4=51.758/3.5		45.7/34.9
R 5=-241.973	D5=10.0	Германий	60.9/33.9
R6=-149.291	D6=2.655/40.923		63.2/34.2
R 7=127.977	D7=10.0	Германий	60.9/32.6
R8=175.731	D8=81.039/2.049		57.8/30.8
R 9=98.83	D9=10.0	Германий	32.5/30.2
R10=131.009	D10=20.0		29.4/27.4

Числитель дроби для '=60 мм, знаменатель для '=180 мм

Объектив имеет следующие характеристики:

Фокусное расстояние, мм	60-180;
Относительное отверстие	1:1,5;
Рабочий спектральный диапазон, мкм	8-12;
Линейное поле изображения, 2у' мм	16;
Длина системы, мм	230.

Таблица 2
Конструктивные параметры второго варианта объектива
Радиусы, мм	Толщины, мм	Материал	Световые диаметры, мм
R1 =306.016	D1=18.0	Германий	159.2/218.7
R2=437.877	D2=124.774/185.276		152.5/212.2
R3=-367.895	D 3=6.0	Германий	50.6/61.8
R4 =336.818	D4=73.415/5.976		49.9/61.2
R5=189.874	D5=10.5	Германий	55.4/63.2
R 6=-581.823	D6=5.864/12.801		53.8/61.8
R7=-148.73	D7=10.5	Германий	49.2 / 46.8
R 8=-282.397	D8=50.0		50.6/47.0
R9=72.26	D9=10.5	Германий	47.9/45.5
R 10=108.805	D10 =30.0		43.3/41.2

Числитель дроби для '=60 мм, знаменатель для '=180 мм

Объектив имеет следующие характеристики:

Фокусное расстояние, мм	60-180;
Относительное отверстие	1:1,2;
Рабочий спектральный диапазон, мкм	8-12;
Линейное поле изображения, 2у' мм	16;
Длина системы, мм	339.

Из приведенных графиков, а также из анализа работы прототипа на частотах 100-130 мм^-1 видно, что предлагаемая схема объектива имеет более высокие показатели по качеству даваемого изображения.

Данный объектив может применяться в приборах, работающих в ИК-диапазоне для задач обнаружения, различения и опознавания объектов.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №92002027 (аналог).

2. Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, №5 (2003), p.308-322 (аналог).

3. WO №99/59015 (прототип).