Атермалізований чотирикомпонентний об’єктив для інфрачервоної області спектра

Реферат: Атермалізований чотирикомпонентний об'єктив для інфрачервоної області спектра містить послідовно розташовані по ходу променів чотири оптичні компоненти, які мають 7 сферичних і 1 асферичну заломлюючу поверхню та працюють в ІЧ діапазоні довжин хвиль від 8 до 12 мкм. Оптична система поверхні об'єктива має визначені конструктивні параметри радіусів кривизни. Друга заломлююча поверхня оптичної системи є асферичною. Перша і третя лінзи оптичної системи виготовлені з германію, друга і четверта - з бромід-йодиду талію. UA 81919 U (12) UA 81919 U UA 81919 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до оптичного приладобудування, а саме до об'єктивів, що працюють в інфрачервоній (14) області спектра, і може бути застосована в оптичних тепловізійних системах, що використовують для реєстрації теплового зображення матричні приймачі випромінювання. За найближчий аналог вибрано патент на трикомпонентний атермалізований ІЧ об'єктив (UA № 75149 G02B 13/14 26.11.2012. Бюл. № 22.), призначений для спектрального діапазону роботи від 8 до 12 мкм. Аналог має наступні характеристики: фокусна відстань f=56 мм, кутове поле 2=24°, довжина уздовж оптичної осі між першою заломлюючою поверхнею і площиною зображення 94 мм. Об'єктив містить послідовно розташовані по ходу променів три оптичні компоненти, які мають 5 сферичних поверхонь та працюють в ІЧ діапазоні довжин хвиль від 8 до 12 мкм. Об'єктив атермалізований в діапазоні температур навколишнього середовища 60°+60°°C, перша лінза виготовлена з бромід-йодиду талію, друга - з германію, третя з броміду калію, оптична система містить діафрагму, яка обмежує світлові пучки. Основними недоліками найближчого аналога є великий розмір плями розсіювання у площині зображення, суттєва його залежність від кута поля зору та зміна розміру плями розсіювання при зміні температур навколишнього середовища в діапазоні -60°+60 °C, що призводить до погіршення якості зображення. Також до недоліків аналога можна віднести меншу технологічність конструкції через використання трьох різних оптичних матеріалів, серед яких присутній бромід калію, що рідко використовується при проектуванні ІЧ об'єктивів порівняно із германієм і бромід-йодидом талію. В основу корисної моделі поставлена задача збереження високої якості зображення об'єктива при зміні температури навколишнього середовища в діапазоні -60°+60 °C, що досягається шляхом проектування атермалізованої оптичної системи з метою збереження величини фокусної відстані, розміру плями розсіювання та абераційних характеристик в складних температурних умовах. Поставлена задача вирішується тим, що атермалізований чотирикомпонентний об'єктив для інфрачервоної області спектра, що містить послідовно розташовані по ходу променів чотири оптичні компоненти, які мають 7 сферичних поверхонь та одну асферичну, та працюють в ІЧ діапазоні довжин хвиль від 8 до 12 мкм, новим є те, що об'єктив має значно менший розмір плями розсіювання у площині зображення, який залишається незмінним у діапазоні температур -60°+60 °C, друга заломлююча поверхня оптичної системи є асферичною, перша і третя лінза виготовлена з германію, друга і четверта - з бромід-йодиду талію. Корисна модель пояснюється зображенням (фіг. 1), де на кресленні показана оптична схема атермалізованого чотирикомпонентного об'єктива для ІЧ області спектра. Оптична схема містить послідовно розташовані по ходу променів перший додатний меніск 1, обернений опуклою поверхнею до простору предметів, другий додатний меніск 2, обернений опуклою поверхнею до простору предметів, третій додатний меніск 3, обернений опуклою поверхнею до простору предметів, четвертий додатний меніск 4, обернений опуклою поверхнею до простору предметів. Заломлюючі поверхні лінз об'єктива, крім другої, є сферичними. Лінзи виконані з наступних матеріалів: перша з германію (Ge), друга з бромід-йодиду талію (KRS5), третя з германію і четверта з бромід-йодиду талію. Інфрачервоне випромінювання, яке надходить від кожної точки віддаленого об'єкта, проходячи послідовно меніски 1, 2, 3 та 4 фокусується в площині зображення, при цьому розмір плями розсіювання в діапазоні довжин хвиль від 8 до 12 мкм відповідає величині пікселя новітніх матричних фотоприймальних пристроїв (ФПП), внаслідок чого на площадці ФПП створюється якісне зображення об'єктів і фону в ІЧ спектральному діапазоні. Об'єктив має наступні характеристики: фокусна відстань f=60 мм, кутове поле зору 2=20°, довжина уздовж оптичної осі між першою заломлюючою поверхнею і площиною зображення 117 мм. Висока якість зображення в об'єктиві підтверджується малими значеннями плями розсіювання: діаметр плями розсіювання в площині зображення в усьому робочому спектральному діапазоні не перевищує 0.03 мм, що в декілька разів менше, ніж в найближчому аналозі; також об'єктив має більшу порівняно з аналогом світлосилу при відносному отворі 1:1,3- Графіки модуляційно-передавальної функції, сферичної аберації, астигматизму і дисторсії представлені на фіг. 2, фіг. 3 і фіг. 4 відповідно. З наведених графіків виходить, що даний об'єктив забезпечує високу якість зображення близьку до дифракційної. Фокусна відстань та розміри плями розсіювання даного об'єктива залишаються незмінними в діапазоні температур навколишнього середовища -60°+60 °C, внаслідок чого при коливаннях температури в указаному діапазоні в ФПП буде формуватися високоякісне зображення. У таблиці приведені конструктивні параметри атермалізованого чотирикомпонентного об'єктива для інфрачервоної області спектра. 1 UA 81919 U Таблиця Відстань Радіус кривизни поверхні поверхнями оптичного компонента, мм системи, мм R1 132,169 R2 159,81* R3 71,135 R4 90,337 R5 112,532 R6 215,096 R7 18,034 R8 15,938  5 10 15 20 25 30 між оптичними Матеріал компонентів компонента 137,17 21,043 7,482 43,673 13,7 6,844 3,741 6,849 2 оптичного Германій (Ge) Бромід-йодид талію (KRS5) Германій (Ge) Бромід-йодид талію (KRS5) 2 Рівняння утворюючої асферичної поверхні: у -319,62z+2,193z =0 Таким чином, пропонований атермалізований об'єктив для інфрачервоної області спектра, що має сукупність вказаних відмітних ознак, порівняно з найближчим аналогом дозволяє покращити якість зображення, підвищити технологічність та зберегти високу якість зображення в діапазоні температур навколишнього середовища від -60° до +60 °C за рахунок відсутності терморозфокусування в оптичній системі та збереження розміру плями розсіювання в цьому температурному діапазоні. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Атермалізований чотирикомпонентний об'єктив для інфрачервоної області спектра, що містить послідовно розташовані по ходу променів чотири оптичні компоненти, які мають 7 сферичних і 1 асферичну заломлюючу поверхню та працюють в ІЧ діапазоні довжин хвиль від 8 до 12 мкм, який відрізняється тим, що радіус кривизни першої оптичної поверхні об'єктива становить 132,169 мм, радіус кривизни другої поверхні - 159,81 мм, рівняння утворюючої 2 2 асферичної другої поверхні: у -319,62z+2,1932z =0, радіус кривизни третьої поверхні - 71,135 мм, радіус кривизни четвертої поверхні - 90,337 мм, радіус кривизни п'ятої поверхні - 112,532, радіус кривизни шостої поверхні - 215,096 мм, радіус кривизни сьомої поверхні - 18,034 мм, радіус кривизни восьмої поверхні - 15,938 мм, відстань між першою та другою оптичними поверхнями системи становить 13,717 мм, відстань між другою та третьою оптичними поверхнями - 21,043 мм, відстань між третьою та четвертою оптичними поверхнями - 7,482 мм, відстань між четвертою та п'ятою оптичними поверхнями - 43,673 мм, відстань між п'ятою та шостою оптичними поверхнями - 13,7 мм, відстань між шостою та сьомою оптичними поверхнями - 6,844 мм, відстань між сьомою та восьмою оптичними поверхнями - 3,741мм, відстань між восьмою оптичною поверхнею та фокальною площиною системи становить 6,849 мм. 2. Атермалізований чотирикомпонентний об'єктив за п. 1, який відрізняється тим, що друга заломлююча поверхня оптичної системи є асферичною. 3. Атермалізований чотирикомпонентний об'єктив п. 1, який відрізняється тим, що перша і третя лінзи оптичної системи виготовлені з германію, друга і четверта - з бромід-йодиду талію. 2 UA 81919 U 3 UA 81919 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4