ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ
LENS WITH REMOTE INPUT PUPIL

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с вынесенным входным зрачком, и может быть использовано в наблюдательных приборах и телевизионных обзорных комплексах.
Известен объектив, содержащий пять компонентов, первый из которых - одиночная положительная линза, второй - двояковогнутая линза, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертый - положительная линза, склеенная из двояковыпуклой и менисковой линз, пятый - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Входной зрачок объектива находится вблизи первой поверхности первого компонента (Патент США № 4464024, кл. G02B 9/60, 1984).
Указанный объектив имеет малое относительное отверстие, что препятствует построению на его основе оптической системы телевизионного комплекса, работающего в сумеречных условиях освещенности. Кроме того, отсутствие вынесенного зрачка не позволяет разместить перед объективом светорегулирующее устройство, необходимое для поддержания постоянного уровня освещенности изображения.
6
Наиболее близким к заявляемому является объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий пять компонентов, первый из которых - положительный, выполненный в виде двусклеенной линзы, второй - двояковогнутая линза, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертый - положительный, выполненный в виде одиночной двояковыпуклой линзы, пятый - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Входной зрачок объектива вынесен на 0,5 мм относительно первой поверхности первого компонента (Патент РФ № 2053530, МПК G02B 9/60, 1993).
0
0
0
Ц
К
-1
Указанный объектив имеет фокусное расстояние объектива F=14 мм, относительное отверстие D/F=1:1,4 и угловое поле 2W=43°. Объектив ахроматизирован в диапазоне длин волн Δλ=450÷750 нм. На пространственной частоте ν=80 мм коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля Т(ν)=0,5; в зоне 0,8 углового поля (2W=35°) Т(ν)=0,2. Дисторсия в зоне 0,8 углового поля равна δ=5%.
Недостаток указанного объектива - малое расстояние от входного зрачка до первой поверхности объектива, что не позволяет разместить вблизи входного зрачка устройство для управления световым пучком, например затвор, модулятор, сканер, призму для поворота изображения и т.п.
Так как в плоскости входного зрачка световой пучок имеет минимальные размеры в поперечном сечении, то размещение такого устройства вблизи входного зрачка обеспечивает минимальные его габариты и, соответственно, минимальные габариты всей оптической системы. При построении оптической системы именно габариты часто служат препятствием к использованию таких устройств.
-1
Кроме того, указанный объектив имеет недостаточно высокое качество изображения. Для телевизионных обзорных комплексов нередко требуются высокоразрешающие объективы с разрешение не менее 120 мм, которое указанный объектив не обеспечивает.
Задача настоящего изобретения - увеличение расстояние от входного зрачка до первой поверхности объектива и повышение качества изображения.
Для решения поставленной задачи в объективе с вынесенным входным зрачком, содержащем апертурную диафрагму и пять компонентов, первый из которых - положительный, второй - отрицательный, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертый - положительный, содержащий одиночную двояковыпуклую линзу, пятый - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, новым является то, что первый компонент выполнен в виде одиночной линзы, второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенного из отрицательной и положительной линз, четвертый компонент выполнен в виде двух одиночных линз, первая из которых - двояковыпуклая, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, пятый компонент выполнен отрицательным.
В частном случае в объективе с вынесенным входным зрачком выполнены соотношения:
0
0
0
0,5·F<S<1,5·F;
0
4
0
0,9·F<F<1,4·F;
0
где S - расстояние от апертурной диафрагмы до первой поверхности первого компонента;
4
F - фокусное расстояние четвертого компонента;
0
F - фокусное расстояние объектива.
Представленная конструкция позволяет увеличить расстояние от входного зрачка до первой поверхности объектива и повысить качество изображения.
В частном случае указанные соотношения определяют требования к конструктивным параметрам объектива, позволяющим обеспечить одновременно большое удаление входного зрачка и высокое качество изображения.
Увеличение расстояния от входного зрачка до первой поверхности объектива позволяет разместить вблизи входного зрачка устройство для управления световым пучком, например затвор, модулятор, сканер, призму для поворота изображения и т.п.
На фиг.1 показана оптическая схема объектива, на фиг.2 - рассчитанный коэффициент передачи контраста объектива.
Объектив состоит из последовательно размещенных на оптической оси апертурной диафрагмы 1 и пяти оптических компонентов. Первый компонент - положительный, выполнен в виде одиночной линзы 2. Второй компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, выполнен склеенным из отрицательной линзы 3 и положительной линзы 4. Третий компонент - одиночный положительный мениск 5, обращенный вогнутостью к предмету. Четвертый компонент - положительный, выполнен в виде двух одиночных линз 6 и 7, первая из которых - двояковыпуклая, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Пятый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой линзы 8 и двояковогнутой линзы 9.
В частном случае при этом выполнены соотношения:
0
0
0
0,5·F<S<1,5·F;
0
4
0
0,9·F<F<1,4·F;
0
где S - расстояние от апертурной диафрагмы до первой поверхности первого компонента;
4
F - фокусное расстояние четвертого компонента;
0
F - фокусное расстояние объектива.
Ниже приведен пример конкретного выполнения объектива с вынесенным входным зрачком. В таблице приведены конструктивные параметры объектива - радиусы поверхностей, толщины линз и воздушных промежутков между ними, световые и полные диаметры и марки стекол линз.
Таблица
№ пов.
Радиусы, R, мм
Толщины, Т, мм
Световые диаметры, D<sub>CB</sub>, мм
Полные диаметры, D<sub>П</sub>, мм
Марка стекла
1
34,83
4
17,6
22
СТК19
2
1,E+08
6,5
17,6
22
3
-14,06
2,5
17,8
22
ТФ10
4
-40,55
4,5
20,0
26
ФК11
5
-21,68
0,2
20,2
26
6
-40,55
6,0
20,4
28
СТК19
7
-23,77
0,2
25,8
28
8
40,55
6,0
26,0
28
ФК11
9
-54,45
0,2
25,6
28
10
19,409
5,5
22,4
26
СТК19
11
48,75
0,2
19,6
26
12
14,454
5,5
17,0
19
ФК11
13
-40,55
1,5
14,0
19
ТФ10
14
9,036
4,5
10,2
11
0
0
Апертурная диафрагма размещена на расстоянии S=24 мм от первой поверхности объектива. Диаметр апертурной диафрагмы D=12,9 мм.
4
6
8
13
2
В целях снижения трудоемкости изготовления в указанной конструкции использованы четыре поверхности с одинаковыми радиусами кривизны (R=R=R=R), и, кроме того, использована одна плоская поверхность (R=∞).
Объектив имеет следующие характеристики:
0
- фокусное расстояние F=18,1 мм;
0
0
- относительное отверстие D/F=1:1,4;
- угловое поле зрения 2W=26° (линейное поле 2Y=8,2 мм);
- диапазон длин волн Δλ=450÷650 нм,
- дисторсия на краю поля δ=2,8%.
1
Ц
1
К
1
2
Ц
2
К
2
-1
-1
Коррекция аберраций объектива обеспечивает высокий коэффициент передачи контраста в пределах всего углового поля. На пространственной частоте ν=80 мм коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля Т(ν)=0,6; на краю углового поля Т(ν)=0,3. Соответственно, на пространственной частоте ν=120 мм коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля Т(ν)=0,4; на краю углового поля Т(ν)=0,15.
Положительный эффект предлагаемой конструкции объектива заключается в том, что она обеспечивает, по сравнению с прототипом, повышенное качество изображения и увеличенное расстоянии от входного зрачка до первой поверхности объектива. Увеличение удаления входного зрачка дает возможность использовать объектив совместно с устройством для управления световым пучком, например затвором, модулятором, сканером, призмой для поворота изображения и т.п.