ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ЗРАЧКОМ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как коллиматорный объектив с большим полем зрения.
Известен объектив с вынесенным входным зрачком [1], содержащий пять компонентов, первый компонент которого представляет собой положительную двусклеенную линзу, второй компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, третий компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент - положительная линза, пятый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Входной зрачок объектива вынесен на 0,5 мм относительно первой поверхности. Недостатком объектива является малое удаление входного зрачка и большое значение относительной дисторсии.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив с вынесенным входным зрачком [2], содержащий отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, положительную линзу, склеенную из положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительной и отрицательной линз. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображения по всему полю зрения. Однако недостатком прототипа является большая длина объектива (от первой поверхности до плоскости изображений), составляющая более двух фокусных расстояний объектива и относительно большое значение дисторсии, достигающее 0,5% для угла поля зрения 2W=15°.
Задачей полезной модели является уменьшение длины объектива, уменьшение относительной дисторсии при сохранении высокого качества изображений по всему полю зрения.
-1
Объектив с вынесенным зрачком из четырех компонентов, первый компонент которого - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий компонент - положительная линза, четвертый компонент - двусклеенный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, в отличие от прототипа, положительная линза третьего компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, двусклеенный мениск четвертого компонента выполнен отрицательным и содержит положительный и отрицательный мениски, между третьим и четвертым компонентами введен отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, при этом толщина первого компонента составляет не менее 0,1 фокусного расстояния объектива, сумма оптических сил компонентов объектива не превышает 0,002 мм.
Выполнение первого компонента в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, имеющего толщину не менее 0,1 фокусного расстояния объектива, обеспечивает исправление кривизны изображения.
Выполнение четвертого компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительного и отрицательного менисков, обеспечивает исправление хроматизма положения и хроматизма увеличения.
Введение между третьим и четвертым компонентами отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, позволило уменьшить относительную дисторсию объектива и его длину: от первой поверхности до плоскости изображений.
-1
Выбор сумм оптических сил компонентов близкой к 0, а именно, не более 0,002 мм, позволяет исправить кривизну изображений, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков при угле поля зрения 2W=15°.
Предлагаемый объектив с вынесенным зрачком работает в спектральном диапазоне λ=(680…820)нм, имеет фокусное расстояние 320,6 мм, относительное отверстие 1:4 и поле зрения 2W=15°, удаление входного зрачка от первой поверхности не менее 60 мм. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений 436,6 мм, что составляет 1,36 фокусного расстояния объектива. Сферохроматические аберрации не превышают 0,01 мм для края зрачка, а вторичный спектр для параксиального пучка не превышает 0,17 мм. Относительная дисторсия не превышает 0,2% для края поля зрения 2W=15°. Аберрации широких наклонных пучков не превышают 0,02 мм, хроматизм увеличения для края поля зрения не превышает 0,007 мм.
На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива с вынесенным зрачком.
е
e
На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз объектива с вынесенным зрачком 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 приведены графики поперечной сферической аберрации объектива с вынесенным зрачком.
На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=15°.
На фиг.5 приведен график относительной дисторсии.
Объектив с вынесенным зрачком (фиг.1) состоит из пяти компонентов 1-5. Первый компонент содержит отрицательный мениск 1, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй и третий компоненты представляют собой положительные мениски 2 и 3, обращенные вогнутой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного двусклеенного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и содержит положительный и отрицательный мениски, между третим и четвертым компонентами введен пятый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска 5, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Толщина первого компонента равна 37,5 мм, что составляет 0,117 фокусного расстояния объектива.
1
2
3
4
5
-1
Фокусное расстояние первого компонента f'=-444,44 мм, фокусное расстояние второго компонента f'=376,02 мм, фокусное расстояние третьего компонента f'=281,97 мм, фокусное расстояние четвертого компонента f'=-3713,63 мм, фокусное расстояние пятого компонента f'=-528,7 мм. Фокусные расстояния приведены для λ=766,5 нм. Сумма оптических сил компонентов равна 0,001795 мм.
Объектив с вынесенным зрачком работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=15° попадает в объектив и, преломившись через поверхности линз компонентов 1, 2, 3, 5, 4 фокусируется в плоскости изображения.
Графики аберраций, приведенные на фиг.3, 4, 5 подтверждают - что объектив с вынесенным зрачком имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения.
Длина объектива с вынесенным зрачком от первой поверхности до плоскости изображений составляет 436,6 мм=1,36f', что меньше длины объектива ближайшего аналога, составляющей 2,1f', относительная дисторсия для края поля зрения не превышает 0,2%.
Источники информации
1. RU 2053530 C1, (ОАО «ПЕЛЕНГ»), 1996.01.27, весь документ.
2. BY 6363 C1 (ОАО «ПЕЛЕНГ»), 2001.09.30, весь документ, - прототип.