ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам, и может использоваться как объектив приборов ночного и дневного видения.
-1
0
Известен шестилинзовый объектив для приборов ночного видения «Гелиос-ПА» [1], с диаметром входного зрачка 100 мм и относительным отверстием 1:1.5, содержащий четыре оптических компонента. Первый компонент содержит одиночную положительную линзу, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительного и отрицательного менисков, третий компонент представляет собой двусклеенную линзу, содержащую двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, четвертый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы. Недостатком объектива является невысокое качество изображения: коэффициенты передачи модуляции (Т) в области спектра 540 нм ...900 нм на частоте N=30 мм для точки на оси не превышают 0.4 и для края поля зрения 2W=6 - 0.3.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из шести компонентов. Первый компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент содержит одиночный положительный
-1
-1
0
-1
-1
мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Третий компонент представляет собой двусклеенную линзу, содержащую двояковыпуклую и двояковогнутую линзы. Четвертый компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Пятый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, содержащей двояковыпуклую и двояковогнутую линзы. Шестой компонент содержит одиночную двояковыпуклую линзу. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображения в широкой области спектра (от 546 нм до 900 нм) для точки на оси: коэффициенты передачи модуляции составляют не менее 0.6 для частоты N=30 мм и не менее 0.4 для N=60 мм при фокусном расстоянии объектива 172 мм и относительном отверстии не менее 1:1.7. Однако, недостатком прототипа являются невысокие значения коэффициентов передачи модуляции (Т) для края поля зрения 2W=6 в широком спектральном диапазоне λ=546 нм ...900 нм не превышающие 0.3 для частоты N=30 мм и 0.13 для N=60 мм, что не позволяет использовать данный объектив с ЭОПами нового поколения, имеющими высокий предел разрешения по всему полю зрения.
Задачей полезной модели является повышение качества изображения в широком спектральном диапазоне λ=540 нм ...900 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения.
Объектив из шести компонентов, расположенных на оптической оси, первый из которых одиночная положительная линза, второй - положительная линза, шестой компонент - одиночная двояковыпуклая линза, в отличие от прототипа, первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде мениска,
обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительного и отрицательного менисков, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, пятый компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, расстояние между вторым и третьим компонентами составляет не менее 0.1 фокусного расстояния объектива, а расстояние между третьим и четвертым компонентами - не менее 0.08 фокусного расстояния объектива.
-7
-1
Мениски второго компонента могут быть выполнены из стекол, разность коэффициентов линейного расширения которых составляет не более 2×10 град.
Конструкция первого компонента, выполненного в виде двояковыпуклой линзы, второго компонента, выполненного в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов и склеенного из положительного и отрицательного менисков, третьего компонента, выполненного в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, выбор конструкции четвертого и шестого компонентов в виде двояковыпуклых линз, а пятого компонента в виде двояковогнутой линзы обеспечили высокую степень коррекции сферической аберрации и комы, при которой кружок рассеяния не превышает 0.005 мм для точки на оси при относительном отверстии объектива 1:1.84.
Выбор расстояний между вторым и третьим компонентами не менее 0.1 фокусного расстояния объектива и между третьим и четвертым компонетами не менее 0.08 фокусного расстояния объектива обеспечил коррекцию сферической аберрации и аберраций широких
наклонных пучков. Кружок рассеяния не превышает 0.01 мм, а хроматизм увеличения не более 0.004 мм для края поля зрения.
Такая степень коррекции аберраций позволила получить расчетные коэффициенты передачи модуляции Т в области спектра 540 нм ...900 нм не менее:
-1
- 0.8 для точки оси на частоте N=30 мм,
-1
- 0.57 для точки на оси на частоте N=70 мм,
0
-1
- 0.69 для края поля зрения 2W=6 на частоте N=30 мм,
0
-1
- 0.3 для края поля зрения 2W=6 на частоте N=70 мм.
-7
-1
Выполнение менисков второго компонента из стекол, разность коэффициентов линейного расширения которых составляет не более 2×10 град, обеспечивает малую терморасстраиваемость объектива.
-1
Предлагаемый объектив работает в широком спектральном диапазоне λ=(540...900) нм, имеет фокусное расстояние 173.8 мм, относительное отверстие 1:1.84, входной зрачок диаметром 94 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Высокие значения коэффициентов передачи модуляции для всего поля зрения обеспечивают значительно более высокую контрастность изображения объектов наблюдения по всему полю зрения по сравнению с прототипом и позволяет использовать данный объектив с ЭОПом, имеющим разрешение по всему полю зрения более 60 мм.
На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
е
На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R - радиусы кривизны поверхностей линз, D - расстояния между поверхностями линз, n - показатель преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), ν - число Аббе для линии е.
На фиг.3 приведен график поперечной сферической аберрации объектива.
0
На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения для угла поля зрения 2W=6.
На фиг.5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.
0
На фиг.6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=6.
Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже
Таблица
λ
540
650
700
800
900
С
0.12
1
0.88
0.69
0.07
-7
-1
-7
-1
Объектив (фиг.1) состоит из шести компонентов, расположенных на оптической оси. Первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 1. Второй компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенный из положительного мениска 2, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и отрицательного мениска 3. Положительный мениск 2 этого компонента выполнен из стекла марки ТК21, имеющего коэффициент линейного расширения 75×10 град, отрицательный мениск 3 выполнен из стекла марки ТФ10 (или его аналога), имеющего коэффициент линейного расширения 77×10 град, что обеспечивает малую терморасстраиваемость объектива и практически исключает возможность расклейки при термоударе. Третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Расстояние между вторым и третьим компонентами равно 17.3 мм, что составляет 0.1 фокусного расстояния объектива. Четвертый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 5. Расстояние между третьим и четвертым компонентами составляет 14.3 мм, что равно 0.082 фокусного расстояния объектива. Пятый компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы 6. Шестой компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 7. Объектив рассчитан со светофильтром 8.
0
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=6 проходит через входной зрачок объектива, диаметром 94 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз 1-7 и светофильтр 8 фокусируется в плоскости изображения, где расположен фотокатод ЭОПа.
Для объективов, работающих с ЭОПами, параметрами, характеризующими качество изображения, являются широкая область спектра (от 540 нм до 900 нм), относительное отверстие, значение коэффициентов передачи модуляции на частоте, определяемой пределом разрешения ЭОПа.
Графики аберраций, приведенные на фиг.3 и 4, а также графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг.3, 6 подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения, что позволяет получить изображение малоконтрастных объектов.
В предлагаемом объективе выбор конструкции второго компонента в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительного и отрицательного менисков, третьего компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, четвертого компонента в виде двояковыпуклой линзы, пятого компонента, выполненного в виде двояковогнутой линзы, выбор расстояний между вторым и третьим, третим и четвертым компонентами позволили улучшить качество изображения объектива в широком спектральном интервале по всему полю зрения по сравнения с прототипом.
Источники информации
1. Объектив «Гелиос-ПА». Технические условия БЛ 3.877.044 ТУ, публикация 1973 г.
2. Евразийский патент №000569 В1, публикация 1999 г, МПК G 02 B 13/16 - прототип.