инфракрасный объектив с вынесенным входным зрачком

Формула изобретения

1. Объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий три компонента, первый из которых (по ходу лучей) - одиночный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, второй - двояковыпуклая одиночная линза, третий - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, и, кроме того, имеет место соотношение

|R₁|/|R₂ |<1,

где R₁, R₂ - радиус первой и последней по ходу лучей оптической поверхности первого компонента,

отличающийся тем, что первый компонент - отрицательный, третий компонент - одиночный положительный мениск, причем все три линзы выполнены из материала, прозрачного в ИК-области спектра, и имеют место соотношения:

R₃/|R₄|=1;

0,01<d₁/f'<0,1;

0,8<d₄ /f'<1,5,

где R₃, R₄ - радиус третьей и четвертой оптической поверхности по ходу лучей;

d₁ - толщина первого компонента;

d₄ - расстояние между вторым и третьим компонентами;

f' - фокусное расстояние всего объектива,

кроме того, показатели преломления материала второй и третьей линз не менее 2,3.

2. Объектив с вынесенным входным зрачком по п.1, отличающийся тем, что показатель преломления материала первой линзы не менее 2,3.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, работающим в среднем и дальнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизионных приборах.

Известен монохроматический объектив с вынесенным входным зрачком [1], содержащий три одиночные положительные линзы по ходу лучей:

- мениск, обращенный вогнутостью к предмету;

- двояковыпуклая линза;

- мениск, обращенный вогнутостью к предмету.

Данный объектив имеет характеристики:

фокусное расстояние f'	3,29 мм
передняя апертура	0,45 мм
величина изображения	0,2 мм
вынос входного зрачка	1 мм

Однако этот объектив имеет телецентрический ход главных лучей в пространстве изображений, малое фокусное расстояние, малый вынос входного зрачка, низкое относительное отверстие, малый угол поля зрения, и, кроме того, так как данный объектив - монохроматический и состоит только из положительных линз, он имеет низкое качество изображения в широком спектральном диапазоне.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив с вынесенным входным зрачком [2], содержащий три компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, второй - одиночная двояковыпуклая линза, третий - двухлинзовый склеенный мениск, состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз; причем имеют место соотношения:

|R₁|/|R₂|<1

d₁/f'>0,5,

где R₁, R ₂ - радиус первой и последней оптической поверхности по ходу лучей первого компонента;

d₁ - толщина первого компонента;

f' - фокусное расстояние всего объектива.

Данный объектив имеет характеристики:

фокусное расстояние f'	4,5 мм
относительное отверстие	1:1,8
угловое поле зрения	99 град.
вынос входного зрачка	2 мм

Объектив рассчитан для ближней области спектра от 400 нм до 900 нм.

В объективе имеет место равенство:

d₄/f'=0,02222,

где d₄ - расстояние между вторым и третьим компонентами;

f' - фокусное расстояние всего объектива.

Данный объектив предназначен для работы в видимом диапазоне спектра, так как все линзы объектива выполнены из обычного оптического стекла, имеет малое фокусное расстояние, малый вынос входного зрачка и сложность конструкции, так как объектив состоит не менее чем из четырех линз.

Задачей заявляемого изобретения является создание инфракрасного объектива с вынесенным входным зрачком для работы в тепловизионных оптических системах, работающих в среднем или в дальнем ИК-диапазоне спектра с повышенными характеристиками.

Технический результат - увеличение фокусного расстояния, повышение выноса входного зрачка и упрощение конструкции при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в объективе с вынесенным входным зрачком, содержащем три компонента, первый из которых (по ходу лучей) - одиночный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, второй - двояковыпуклая одиночная линза, третий - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, и, кроме того, имеет место соотношение:

|R₁|/|R₂|<1,

где R₁ , R₂ - радиус первой и последней оптической поверхности по ходу лучей первого компонента;

в отличие от известного, первый компонент - отрицательный, третий компонент - одиночный положительный мениск, причем все три линзы выполнены из материала, прозрачного в ИК-области спектра, при этом показатель преломления материала второй и третьей линз не менее 2,3, и имеют место соотношения:

R₃/|R₄|=1

0,01<d₁ /f'<0,1

0,8<d₄/f'<1,5,

где R₃, R₄ - радиус третьей и четвертой оптической поверхности по ходу лучей;

d₁ - толщина первого компонента;

d₄ - расстояние между вторым и третьим компонентами;

f' - фокусное расстояние всего объектива.

Кроме того, показатель преломления материала первой линзы также может составлять не менее 2,3.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива.

Объектив состоит из трех последовательно расположенных по ходу лучей от предмета одиночных линз: отрицательного мениска 1, обращенного вогнутостью к предмету, двояковыпуклой линзы 2 и положительного мениска 3, обращенного вогнутостью к изображению. Перед мениском 1 и за мениском 3 могут быть расположены плоскопараллельные пластины.

Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).

В соответствии с предложенным решением рассчитан инфракрасный объектив с вынесенным входным зрачком, исправленный в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.

Конструктивные параметры объектива приведены в таблице.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние	74,55 мм
относительное отверстие	1:2,4
угол поля зрения	17 град.
задний фокальный отрезок	15,27 мм
вынос входного зрачка	16 мм
Объектив имеет следующие аберрации для =10 мкм:
поперечная сферическая аберрация
для точки на оси	не более 0,013 мм
поперечная аберрация широкого наклонного
пучка в меридиональном сечении для
поля зрения 2W=17 град.	не более 0,02 мм
поперечная аберрация широкого наклонного
пучка в сагиттальном сечении для поля
зрения 2W=17 град.	не более 0,016 мм
меридиональный астигматический отрезок Х'м	не более 0,043 мм
сагиттальный астигматический отрезок X's	не более 0,132 мм
дисторсия	не более 0,8%

Таблица
Радиусы, мм	Толщины, мм	Материал	Показатель преломления для =10 мкм	Световой диаметр, мм
R1=-34,59				30,4
	d1=2,9	ZnSe	2,4067
R2=-38,114				32
	d2=25		1
R3=480,71				34
	d3=2,9	Ge	4,0024
R4=-480,71				34
	d 4=74		1
R 5=39,167				23,3
	d5 =2,5	ZnSe	2,4067
R 6=44,866				22,4

В предлагаемом варианте изобретения имеют место равенства:

d₁/f'=0,0389,

d₄/f'=0,992,

где d₁ - толщина первого компонента по ходу лучей;

d₄ - расстояние между второй и третьей линзами;

f' - фокусное расстояние всего объектива.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан инфракрасный объектив с вынесенным входным зрачком, работающий в среднем или в дальнем ИК-диапазоне спектра, с повышенным фокусным расстоянием, повышенным выносом входного зрачка и с упрощенной конструкцией при высоком качестве изображения.

Источники информации:

1. Авт. свид. СССР №1686398, G 02 В 9/16, 11/06, 13/22, публ. 1991 г.

2. Патент России №2094833, G 02 В; 9/20, 13/02, публ. 1997 г.