Патент на изобретение №2384869

(54) СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ

(57) Реферат:

Светосильный объектив может быть использован в приборах ночного видения. Объектив содержит расположенные по ходу луча положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью в сторону предмета, апертурную диафрагму, отрицательный компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Фокусное расстояние объектива, радиусы некоторых поверхностей, толщина второго мениска, число Аббе и показатели преломления трех последних элементов связаны соотношениями, указанными в формуле изобретения. Технический результат – увеличение относительного отверстия и угла поля зрения при хорошем качестве изображения. 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в приборах ночного видения.

Известен объектив модифицированного гаусовского типа (патент DD 245059, кл. G02B 9/62, опубл. 1987 г.), содержащий расположенные по ходу луча положительный мениск, компонент, склеенный из двух менисков, обращенных вогнутостью к диафрагме, компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

Объектив имеет светосилу 1:1,4 и угол поля зрения 35°. В аналогичном объективе по патенту RU 2315341 С1, опубл. 20.01.2008 г., второй компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, а пятый компонент – в виде выпукло-плоской линзы; объектив имеет светосилу 1:1,5 и угол поля зрения 18 град. 20 мин.

Ближайшим к предлагаемому изобретению по оптической схеме и достигаемому результату является светосильный объектив (DE 41 02377 А1, опубл. 1991 г.), включающий расположенные по ходу луча положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью в сторону предмета, апертурную диафрагму и светофильтр, положительный компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом выполняются условия:

; ;

; ; ,

где f’ – фокусное расстояние объектива;

r₃ и r₄ – радиусы второго мениска;

r₇ и r₉ – радиусы передней и задней поверхности третьего (склеенного) компонента;

d₂ – толщина второго мениска;

n₄, n₅, n₆, n₇ – показатели преломления соответствующего элемента;

₅, ₆, ₇ – число Аббе соответствующего элемента (трех задних линз).

Однако и у этого объектива относительно невысокая светосила, равная 1:1,4, и угол поля зрения – 2=40°.

Задачей изобретения является создание светосильного объектива с повышенными относительным отверстием и углом поля зрения при хорошем качестве изображения.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе, включающем расположенные по ходу луча положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью в сторону предмета, апертурную диафрагму, компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению при выполнении условий:

в отличие от известного, двусклеенный компонент выполнен отрицательным и дополнительно введены условия:

,

где f’ – фокусное расстояние объектива;

r_i – радиус соответствующей поверхности элемента;

d₃ – толщина второго мениска;

n_i – показатель преломления соответствующего элемента;

_i – число Аббе соответствующего элемента.

Так как оптические схемы объектива и его прототипа различны, немного изменилась нумерация конструктивных элементов. Так, d₃ объектива соответствует d₂ прототипа, a r₇ и r₅ объектива соответствует r₉ и r₇ прототипа.

Выполнение указанных условий, в частности выполнение двусклеенного компонента отрицательным и с более крутым радиусом задней поверхности при превышении показателя преломления передней линзы на более чем 0,03, позволяет увеличить угол поля зрения с 40° до 48° и относительное отверстие с 1:1,4 до 1:1,3.

На чертеже представлена оптическая схема предлагаемого объектива.

Объектив состоит из последовательно расположенных по ходу луча одиночного положительного мениска 1 и одиночного отрицательного мениска 2, обращенных выпуклостью к предмету, апертурной диафрагмы 3, двояковогнутой линзы 4, склеенной с двояковыпуклой линзой 5, двояковыпуклой одиночной линзы 6 и одиночного положительного мениска 7. Двусклеенный компонент в целом является отрицательным. За объективом установлена плоскопараллельная пластина 8, выполняющая также роль светофильтра для области спектра 0,55-0,95 мкм.

Предложенная оптическая схема работает как объектив. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 4, 5, 6, 7, светофильтр 8 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения.

Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 1:

Таблица 1
Радиус, мм	Толщина, мм	Марка стекла	Показ. прел. ne	Коэфф. дисп. е	Диаметр линзы, мм
r1 = 19,815	d1 = 3,5	БФ-16	1,67438	47,00	21
r2 = 57,02	d2 = 1,17				21
r3 = 12,531	d3 = 4,91	ТФ5	1,76171	27,32	15
r4 = 7,112	d4 = 8,21				10
r5 = -7,586	d5 = 0,83	ТФ5	1,76171	27,32	9,8
r6 = 25,94	d6 = 4,06	СТК3	1,66224	57,09	12,9
r7 = -10,593	d7 = 0,1				12,9
r8 = 159,96	d8 = 4	СТК3	1,66224	57,09	16,2
r9 = -15,417	d9 = 1,37				18,0
r10 = 17,947	d10 = 3,5	СТК3	1,66224	57,09	20,8
r11 = 48,19
					20,8

В объективе выполнены следующие условия:

r₃-r₄-d₃=0,509, что при f’=20,3 мм находится в пределах 0,02 f’0,05 f’, заявленных в прототипе;

, т.е. больше 51, как и в прототипе;

r₇:r₅=10,593:7,586=1,39, т.е. больше 1,3, заявленных в прототипе;

n₄-n₅=1,76171-1,66224=0,1, т.е. больше 0,03 (у прототипа 0,027);

, т.е. меньше 1,73, заявленных в прототипе.

Объектив имеет следующие технические характеристики:

Объектив предназначен для работы в ночных приборах. Он дает изображение объектов на фотокатоде ЭОПа. Объектив рассчитан совместно с защитной плоскопараллельной пластиной 8 ЭОПа, выполняющей также роль светофильтра в области спектра 0,55-0,95 мкм и расположенной около фокальной плоскости объектива.

Качество изображения объектива характеризуется его коэффициентами передачи контраста (КПК). В таблице 2 сравниваются КПК (К) предложенного объектива и прототипа:

Таблица 2
КПК	Объектив	Прототип
	N=20 лин/мм	N=50 лин/мм	N=20 лин/мм	N=50 лин/мм
1. Для точки на оси	0,816	0,628	0,835	0,451
2. Для зоны поля
1=11°40′
– меридиональное	0,690	0,398	0,560	0,288
– сагитальное	0,760	0,602	0,654	0,334
сечение
3. Для зоны поля
1=20°
– меридиональное	0,713	0,247	0,291	0,105
– сагитальное	0,628	0,180	0,647	0,220
сечение
4. Для края поля
1=24°
– меридиональное	0,590	0,140	0,031	0,006
– сагитальное	0,694	0,217	0,450	0,144
сечение

Таким образом, в предложенном объективе обеспечено получение технического результата: при повышенном относительном отверстии 1:1,3 и увеличенном до 48° угле поля зрения достигается и высокое качество изображения.

Формула изобретения

Светосильный объектив, включающий расположенные по ходу луча положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью в сторону предмета, апертурную диафрагму, компонент, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при выполнении условий

отличающийся тем, что двусклеенный компонент выполнен отрицательным и дополнительно выполняются условия



где f’ – фокусное расстояние объектива;
r_i – радиус соответствующей поверхности элемента;
d₃ – толщина второго мениска;
n_i – показатель преломления соответствующего элемента;
_i – число Аббе соответствующего элемента.

РИСУНКИ