ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться как объектив с формированием изображения на цветной ПЗС-матрице и фотоприемнике.
-1
Известен объектив [1] из пяти компонентов, первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент - двояковогнутая линза, четвертый компонент - двояковыпуклая линза и пятый компонент выполнен в виде плоско-вогнутой линзы, обращенной плоской поверхностью к пространству предметов. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображений в широком спектральном диапазоне для пространственных частот до 100 мм и для угла поля зрения до 13°. Однако, задний фокальный отрезок данной конструкции объектива составляет 0,1 фокусного расстояния объектива, что не позволяет разместить на нем спектроделительный блок.
Наиболее близким к предполагаемому объективу является объектив [2], состоящий из пяти компонентов. Первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент - мениск, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент - отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, пятый компонент - двояковыпуклая линза, причем расстояние между первым и вторым компонентами составляет не менее 0,25 фокусного расстояния объектива. Прототип имеет хорошее качество изображений в центре поля зрения и для угла поля зрения не более 2W=5° при фокусном расстоянии объектива до 100 мм. В данной конструкции объектива задний фокальный отрезок составляет 0,44 фокусного расстояния объектива, что позволяет разместить на нем спектроделительный блок, причем длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений составляет 1,45 фокусного расстояния объектива. Однако, при увеличении фокусного расстояния более 100 мм и угла поля зрения свыше 2W=5° данная конструкция не обеспечивает достаточно высокого качества изображений.
Задачей полезной модели является увеличение поля зрения, увеличение масштаба изображения путем увеличения фокусного расстояния, повышение качества изображений во всем поле зрения в спектральном диапазоне (430…650)нм, уменьшение длины объектива от его первой поверхности до плоскости изображений до величины не более 1,05 фокусного расстояния объектива, расширение функциональных возможностей объектива путем разделения излучения и использования двух приемников.
Объектив содержит установленные по ходу лучей первую двояковыпуклую линзу, мениск, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, первый одиночный мениск и второй одиночный отрицательный мениск, а также вторую двояковыпуклую линзу, в отличие от прототипа вторая двояковыпуклая линза расположена между первым одиночным мениском и вторым одиночным отрицательным мениском, введен спектроделительный блок, расположенный после второго одиночного отрицательного мениска и выполненный с возможностью разделения излучения в спектральном диапазоне длин волн (430…650)нм и излучения с длиной волны (1540±30)нм или (1060±30)нм, введена апертурная диафрагма, расположенная перед первой двояковыпуклой линзой, при этом склеенный мениск выполнен отрицательным, первый одиночный мениск выполнен отрицательным и обращен вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй одиночный отрицательный мениск обращен вогнутой поверхностью к пространству предметов, сумма оптических сил всех одиночных линз и двусклеенной линзы не превышает 0,001 по абсолютной величине, расстояние между первым одиночным отрицательным мениском и второй двояковыпуклой линзой составляет не менее 0,18 фокусного расстояния объектива, а расстояние от второй двояковыпуклой линзы до второго одиночного отрицательного мениска составляет не менее 0,22 фокусного расстояния объектива.
Выбор расположения оптических компонентов, распределения оптических сил между ними таким образом, что их сумма не превышает 0,001 по абсолютной величине, позволил увеличить поле зрения и исправить аберрации широких наклонных пучков, улучшив тем самым качество изображений по полю зрения. Выбор расстояния между первым одиночным отрицательным мениском и расположенной за ним второй двояковыпуклой линзой не менее 0,18 фокусного расстояния объектива, выбор расстояния от второй двояковыпуклой линзы до второго одиночного отрицательного мениска не менее 0,22 фокусного расстояния объектива, а также выполнение спектроделительного блока с возможностью разделения излучения в спектральном диапазоне (430…650)нм и излучения с длиной волны (1060±30)нм или (1540±30) нм и его расположение после второго одиночного отрицательного мениска, позволило увеличить фокусное расстояние объектива при уменьшении расстояния от первой поверхности объектива до плоскости изображений до величины не более 1,05 его фокусного расстояния и улучшить качество изображений по всему полю и использовать его как для формирования изображения на цветной ПЗС-матрице, так и для регистрации возвратного излучения лазерного дальномера на площадке фотоприемника, оптически сопряженной со спектроделительной гранью спектроделительного блока. Предлагаемый объектив имеет:
-1
- фокусное расстояние 150 мм, относительное отверстие 1:3, угол поля зрения 2w=9°. Входной зрачок диаметром 50 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=45 мм в точке на оси не менее 0,58, на краю поля зрения 2W=9° не менее 0,4.
На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
e
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), v-число Аббе для линии е.
На фиг. 3 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси и для точки на краю поля зрения 2W=9°.
Объектив (фиг. 1) состоит из установленных по ходу луча первой двояковыпуклой линзы 1, отрицательного мениска, склеенного из двояковыпуклой линзы 2 и двояковогнутой линзы 3, первого одиночного отрицательного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй двояковыпуклой линзы 5, второго одиночного отрицательного мениска 6, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов и спектроделительного блока 7, выполненного с возможностью разделения излучения в спектральном диапазоне длин волн (430…650)нм и излучения с длиной волны (1540±30)нм или (1060±30)нм. Апертурная диафрагма расположена перед первой двояковыпуклой линзой 1. Объектив рассчитан со светофильтром 8, выделяющим спектральный диапазон (430…650)нм.
Расстояние между первым одиночным отрицательным мениском 4 и второй двояковыпуклой линзой 5 равно 28,4 мм, что составляет 0,19 фокусного расстояния объектива, расстояние от второй двояковыпуклой линзы 5 до второго одиночного отрицательного мениска 6 равно 35,15 мм, что составляет 0,22 фокусного расстояния объектива. Сумма оптических сил пяти компонентов равна:
i
ϕ=|∑1/f'|=|1/81,68+1/(-121,15)+1/(-103,46)+1/90,41+
+1/(-182,18)|=|-0,0001|,
I
где f' - фокусное расстояние компонента.
Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений равна 151,9 мм, что составляет 1,01 фокусного расстояния объектива.
Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для точки на краю поля зрения 2W=9°, приведенные на фиг. 3, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображений по всему полю в спектральном диапазоне (430…650)нм и позволяет получить хорошее изображение на цветной матрице с размером пиксела 5,5 мкм.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=9° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 50 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности первой двояковыпуклой линзы 1, отрицательного мениска, склеенного из двояковыпуклой линзы 2 и двояковогнутой линзы 3, первого одиночного отрицательного мениска 4, второй двояковыпуклой линзы 5, второго одиночного отрицательного мениска 6 попадает в спек-троделительный блок 7, разделяющий излучение с длинами волн λ=(430…650) нм и излучение с длиной волны λ=1540 нм или λ=1060 нм, проходит через светофильтр 8, и фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица. Пучок лучей с длиной волны λ=1540 нм или λ=1060 нм фокусируется на площадке фотоприемника.
Источники информации
1. BY 14572 С1 (Иностранное частное производственное унитарное предприятие «Белтекс Оптик» компании «Сайбир Оптике» (BY)), публикация 28.02.2011.
2. ЕА 007361 В1 (Научно-производственное республиканское унитарное предприятие «ЛЭМТ» (BY)), публикация 27.10.2006.