Фотографический телеобъектив
PHOTOGRAPHIC TELEPHOTO LENS

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве приемного объектива в оптико-электронных приборах, формирующих изображения объектов земной поверхности через реальную атмосферу и работающих с фотоприемными устройствами видимого и ближнего ИК диапазонов в аппаратуре различного назначения, например в аппаратуре аэрофотосъемки или в космической аппаратуре.
Известен объектив апохромат для наблюдения и фотографирования, состоящий из шести линз (С.А. Веселков, Е.Г. Лапухин. Новые светосильные объективы-апохроматы для астрономических исследований. Вестник СибГАУ. №3(49), 2013 г., с. 17-21, рис. 1) с фокусным расстоянием f'=615 мм, относительным отверстием 1:3, линейным полем зрения 52 мм, с хорошим исправлением всех аберраций. Объектив состоит из 6 линз, скомпонованных в два компонента - трехлинзовый объектив и трехлинзовый корректор поля, которые содержат линзы 1 и 4 -двояковыпуклые, линзы 2 и 6 - двояковогнутые, линзу 3 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, линзу 5 - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению.
Недостатком этого объектива является недостаточное линейное поле зрения (52 мм) и обеспечение коррекции только в видимом диапазоне длин волн (0,486-0,656 мкм).
Наиболее близким по технической сущности является объектив (патент RU 2079863 С1, опубл. 20.05.1997) с фокусным расстоянием f'=2700 мм, относительным отверстием 1:6, линейным полем зрения 230 мм (с угловым полем зрения 4°50'), с хорошим исправлением всех аберраций, состоящий из двух групп линз, первая из которых содержит пять последовательно расположенных по ходу луча линз, первая из которых двояковыпуклая, вторая - двояковогнутая, третья - двояковыпуклая, четвертая - двояковогнутая, пятая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, а вторая группа линз состоит из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Апертурная диафрагма расположена между компонентами. При масштабировании фокусного расстояния этого объектива до величин ~ 440 мм обеспечивается достаточно большое поле зрения с хорошим исправлением всех аберраций.
Недостатком этого объектива является малая величина относительного отверстия (светосила 1:6), а также небольшая величина рабочего температурного диапазона, что снижает устойчивость к воздействию внешних температур.
Задачей настоящего изобретения является повышение светосилы с сохранением приемлемого качества изображения в видимом и ближнем ИК диапазонах в расширенном температурном интервале.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в объективе, содержащем две группы линз, разделенные воздушным промежутком, первая из которых содержит положительную линзу, отрицательную линзу, двояковыпуклую положительную линзу, отрицательную линзу, вторая группа линз содержит положительную и отрицательную линзы, отличающийся тем, что в первой группе линз между первой и второй линзами расположена апертурная диафрагма, первая линза выполнена в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, вторая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, четвертая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, пятая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, во второй группе линз первая линза выполнена в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, вторая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а в первой группе линз пятая линза имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, а в объективе имеет место соотношение:
1г5л
_
где Δl величина перемещения по оптической оси пятой линзы в первой группе линз;
ƒ' об - фокусное расстояние объектива.
Схема объектива показана на чертеже.
Объектив состоит по ходу лучей из I и II групп линз, I-я группа линз состоит из выпукловогнутой линзы 1, обращенной выпуклостью к предмету, выпукловогнутой линзы 2, обращенной выпуклостью к предмету, двояковыпуклой линзы 3, выпукловогнутой линзы 4, обращенной выпуклостью к изображению, выпукловогнутой линзы 5, обращенной выпуклостью к предмету, II-я группа линз состоит из выпукловогнутой линзы 6, обращенной выпуклостью к предмету, выпукловогнутой линзы 7, обращенной выпуклостью к предмету и плоскопараллельной пластины 8. При этом линза 5 имеет возможность перемещения вдоль оптической оси.
Апертурная диафрагма расположена в 1-й группе линз между первой 1 и второй 2 линзами.
Конструктивные данные объектива приведены в таблице 1.
При перемещении линзы 5 вдоль оптической оси на величину±0.9 мм осуществляется термокомпенсация положения плоскости наилучшей установки в диапазоне температур от +5 до +35°С.
Таким образом, параметры вариантов исполнения объектива:
расчетная длина волны
0,6 мкм
рабочий спектральный диапазон
0,4…0,9 мкм
фокусное расстояние
440,2 мм
линейное поле зрения
64,0 мм
относительное отверстие
1:3,3
дисторсия
0,23%
задний фокальный отрезок
46,44 мм
длина по оптической оси
491,3 мм
масса оптических деталей
2,98 кг
Принцип действия объектива заключается в следующем.
Объектив работает следующим образом.
Световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в бесконечности, проходит через фотографический телеобъектив и изображается в плоскости наилучшей установки, в которой находится фотоприемное устройство (не показано), цифровой сигнал с которого формирует изображение.
Пятая линза 5 в первой группе линз I установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси, которое позволяет компенсировать температурный увод плоскости наилучшей установки.
Величина перемещения пятой линзы 5 в первой группе линз I, достаточная для термокомпенсации смещения ПНУ в диапазоне температур от +5 до +35°С равна ±0,9 мм, что не превышает величину:
В оптическом расчете учтена толщина защитного стекла 8 фотоприемника.
Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая:
- толщину защитного стекла фотоприемника, равную 2,0 мм;
- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива, равную;
0,4 мкм - 0,4;
0,5 мкм - 0,6;
0,6 мкм - 1,0;
0.7 мкм - 1,0;
0,8 мкм - 0,6;
0,9 мкм - 0,3;
- пространственную частоту 100 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника с размером чувствительного элемента, равным 5 мкм), получаем следующие расчетные значения качественных характеристик объектива:
для точки на оси (дифракционное качество)
КПК=72,8%
для точки на оси (аберрационное качество)
КПК=48,4%
для точки поля 24 мм
КПК<sub>м</sub>=51,6%
КПКс=40,5%
для точки поля 32 мм
КПК<sub>м</sub>=49,2%
КПКс=56,1%
Как видно из расчетов, объектив, при простоте его конструкции, обеспечивает высокую светосилу (1:3,3) и приемлемое качество изображения для оптико-электронных приборов, использующих в качестве фотоприемников линейки или матрицы с размером пикселя до 5 мкм.