ТЕЛЕОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице.
Известен объектив [1] из трех компонентов, первый из которых - двусклеенная линза, состоящая из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, второй и третий компоненты - положительные мениски, обращенные вогнутой поверхностью к пространству изображений. Данная конструкция объектива имеет хорошее качество изображения в широком спектральном диапазоне (546...900) нм. Однако недостатком данного объектива является его большая длина, составляющая не менее 1,6 фокусного расстояния объектива.
Наиболее близкими к предлагаемому телеобъективу является объектив типа «Таир» [2], состоящий из трех компонентов. Первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент - отрицательная линза, третий компонент - мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и имеющий большую толщину.
Данная конструкция относится к группе нормальных линзовых телеобъективов, имеющих общую длину, не превышающую 0,8-0,85 фокусного расстояния объектива при относительном отверстии 1:4. Однако недостатком прототипа является невысокое качество изображения, определяемое значением коэффициентов передачи модуляции
-1
(Т) не более 0.5 для точки на оси для частоты 60 мм в спектральном диапазоне (486...650) нм.
Задачей полезной модели является повышение качества изображения в спектральном диапазоне λ=600 м...900 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения 2W=3° при сохранении длины телеобъектива, считая от первой поверхности телеобъектива до плоскости изображения, не превышающей 0,85 фокусного расстояния телеобъектива.
-1
Телеобъектив из трех компонентов, расположенных на оптической оси, первый компонент которого положительная линза, второй компонент - отрицательная линза, третий компонент - одиночный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, одиночный мениск третьего компонента выполнен отрицательным, причем расстояние между первым и вторым, вторым и третьим компонентами составляет не менее 0,08 и 0,16 фокусного расстояния телеобъектива, соответственно, толщина мениска третьего компонента по оптической оси составляет не менее 0,04 фокусного расстояния телеобъектива, а сумма оптических сил компонентов не превышает 0,0003 мм.
Конструкция первого компонента, выполненного в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обеспечивает исправление хроматизма положения в спектральном диапазоне 600 нм...900 нм.
Выполнение второго компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов,
и выбор расстояния между первым и вторым компонентами не менее 0,08 фокусного расстояния телеобъектива обеспечили высокую степень коррекции сферической аберрации и комы для точки на оси.
Выполнение третьего компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, имеющего толщину не менее 0.04 фокусного расстояния телеобъектива, позволило исправить кривизну поля и астигматизм для угла поля зрения 2W=3°.
-1
Выбор сумм оптических сил компонентов близкой к 0, а именно не более 0,0003 мм позволяет исправить кривизну изображения, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков при угле поля зрения 2W=3°.
Выбор расстояния между вторым и третьим компонентами не менее 0,16 фокусного расстояния телеобъектива, обеспечил общую длину от первой поверхности телеобъектива до плоскости изображения не превышающую 0,84 фокусного расстояния телеобъектива при высоком качестве изображения по всему полю зрения.
-1
Предлагаемый телеобъектив работает в спектральном диапазоне: λ=600 нм...900 нм, имеет фокусное расстояние 119 мм, относительное отверстие 1:4. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=60 мм в точке на оси (у′=0) не менее 0.62, на краю поля зрения 2W=3° не менее 0.56.
На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого телеобъектива.
е
На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз телеобъектива и характеристики стекол, где R-радиусы кривизны поверхностей линз, D-расстояния между поверхностями линз, n-показатель
e
преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), ν-число Аббе для линии е.
На фиг.3 приведен график поперечной сферической аберрации телеобъектива.
На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=3°.
На фиг.5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.
На фиг.6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=3°.
Частотно-контрастные характеристики телеобъектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже.
Таблица
λ, мкм
600
650
700
800
900
С
0,42
1.0
0,69
0,23
0,1
Телеобъектив (фиг.1) состоит из трех компонентов и светофильтра. Первый компонент содержит положительную линзу, склеенную из двояковыпуклой линзы 1 и отрицательного мениска 2. Фокусное расстояние первого компонента равно 52,87 мм. Второй компонент представляет собой отрицательный мениск 3, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов. Фокусное расстояние второго компонента составляет -71,07 мм. Третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Толщина мениска третьего компонента равна 5,2 мм, что составляет 0,043 фокусного расстояния телеобъектива. Фокусное расстояние третьего компонента составляет -219,07 мм. Значения фокусных расстояний компонентов приведены для λ=700 нм. Расстояние между первым и вторым компонентами равно 10,64 мм, что составляет 0,089 фокусного расстояния телеобъектива. Расстояние между вторым и третьим компонентами равно 19,9 мм, что составляет 0,167 фокусного расстояния телеобъектива. Сумма оптических сил компонентов телеобъектива равна
-1
∑φ=1/52,87+1/-71,07+1/-219,07=0,00028 мм.
Телеобъектив рассчитан со светофильтром 5, имеющим толщину 4 мм. Длина телеобъектива от первой поверхности до плоскости изображения равна 99,85 мм, что составляет 0,839 его фокусного расстояния.
Графики аберраций, приведенные на рис.3 и 4, а также графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг.4 и 5, подтверждают, что телеобъектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения.
-1
В предлагаемом телеобъективе выбор конструкции первого компонента в виде положительной двесклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, второго компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, третьего компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и имеющего толщину по оптической оси не менее 0,04 фокусного расстояния телеобъектива, выбор расстояний между первым и вторым, между вторым и третьим компонентами не менее 0,08 и 0,16 фокусного расстояния телеобъектива соответственно, а также выбор сумм оптических сил компонентов близкой к 0, а именно не более 0,0003 мм, позволили получить высокие значения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения в спектральном диапазоне 600 нм...900 нм и длину телеобъектива от первой поверхности до плоскости изображения, не превышающую 0,84 его фокусного расстояния.
Телеобъектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=3° проходит через входной зрачок телеобъектива, диаметром 27,5 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз трех компонентов и светофильтр, фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.
Источники информации
1. Патент RU №2105333С1, публикация 1998 г, МПК G02В 9/12, G02B 9/34, G02B 15/22.
2. Волосов Д.С., «Фотографическая оптика», М., Искусство, 1971 г, с.418-422 - прототип.