ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована при создании телевизионных и фотографических систем, а также в измерительных приборах с многоэлементными матричными приемниками излучения.
7
Известен объектив (см. патент на полезную модель RU 147364 U1, МПК G02B 9/12, 11/12, публ. 10.11.2014 г.) с фокусным расстоянием 50 мм, относительным отверстием 1:2,94 и угловым полем зрения 35°. Недостатками данного объектива являются наличие двух асферических поверхностей, повышающих затраты на изготовление, и большое значение дисторсии на краю поля зрения (-6%).
7
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, принятой за прототип, является телецентрический объектив (см. патент RU 2278403 С1, МПК G02B 13/22, 9/64 публ. 20.06.2006 г.). В состав объектива входят две линзовые группы, содержащие соответственно четыре и семь линз. В первой группе первая линза выполнена отрицательной выпукло-вогнутой, вторая - двояковогнутой, третья - двояковыпуклой, четвертая -положительной вогнуто-выпуклой. Во второй группе первая линза выполнена отрицательной выпукло-вогнутой, вторая - двояковыпуклой, третья - отрицательной вогнуто-выпуклой, четвертая - отрицательной выпукло-вогнутой, пятая - двояковыпуклой, шестая - отрицательной выпукло-вогнутой, седьмая - положительной выпукло-вогнутой. В пространстве между группами расположена апертурная диафрагма. Объектив предназначен для работы в спектральном диапазоне спектра от 0,5 до 0,9 мкм, имеет фокусное расстояние f'=40 мм, относительное отверстие 1:6, угловое поле зрения 54°. Длина от первой поверхности до плоскости чувствительных элементов матричного приемника излучения (МПИ) составляет L=201,7 мм.
К недостаткам указанного объектива можно отнести невысокое относительное отверстие, большую длину и большое количество линз. Кроме того, приведенные значения МПФ (модуляционной передаточной функции) свидетельствуют о невысоком качестве его изображения. Лучшие значения МПФ получены для спектрального диапазона 0,5-0,6 мкм и составляют для 70 лин/мм в центре поля зрения 0,67, в середине - 0,58 в меридиональном сечении (m) и 0,64 в сагиттальном сечении (s), на краю поля зрения - 0,43 (m) и 0,56 (s).
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение относительного отверстия оптической системы при уменьшении ее длины, упрощении конструкции и высоком качестве изображения в пределах всего поля зрения.
Указанная цель достигается тем, что в оптической системе, состоящей из расположенных вдоль оптической оси первой линзовой группы, содержащей первую отрицательную выпукло-вогнутую, вторую и третью линзы, и второй линзовой группы, содержащей первую отрицательную выпукло-вогнутую, вторую двояковыпуклую, третью отрицательную вогнуто-выпуклую и четвертую отрицательную линзы, и приемника излучения, в первой группе вторая линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, третья - отрицательной выпукло-вогнутой, а во второй группе четвертая линза выполнена вогнуто-выпуклой, при этом выполняются следующие соотношения:
1
-6,3≤f'/f≤-5,3;
II
0,7≤f'/f'≤1,3;
1-2
1,2≤d/f'≤1,8;
6-7
0,4≤d/f'≤0,6,
1
II
1-2
6-7
где f' - фокусное расстояние первой линзы первой линзовой группы; f' - фокусное расстояние второй линзовой группы; d - расстояние между первой и второй линзами первой линзовой группы, d - расстояние между третьей и четвертой линзами второй линзовой группы; f' - фокусное расстояние системы.
На фиг. 1 представлена схема оптической системы.
На фиг. 2а представлены графики МПФ системы, где максимальное значение пространственной частоты (117 лин/мм) определено для размера пикселя приемника излучения (4,25 мкм).
На фиг. 2б представлен график дисторсии оптической системы.
1
II
1-2
6-7
1
II
1-2
6-7
Оптическая система состоит из расположенных вдоль оптической оси первой линзовой группы I, содержащей первую отрицательную 1, вторую положительную 2 и третью отрицательную 3 выпукло-вогнутые линзы, и второй линзовой группы II, содержащей первую отрицательную выпукло-вогнутую 4, вторую двояковыпуклую 5, третью отрицательную вогнуто-выпуклую 6 и четвертую отрицательную вогнуто-выпуклую линзы 7, и приемника излучения 8. В системе выполняются следующие соотношения: -6,3≤f'/f'≤-5,3; 0,7≤f'/f'≤1,3; 1,2≤d/f'≤1,8; 0,4≤d/f'≤0,6, где f' - фокусное расстояние первой линзы 1 первой линзовой группы I; f' - фокусное расстояние второй линзовой группы II; d - расстояние между первой 1 и второй 2 линзами первой линзовой группы I, d - расстояние между третьей 6 и четвертой 7 линзами второй линзовой группы II; f' - фокусное расстояние системы. Первая поверхность первой линзы 5 второй группы II является апертурной диафрагмой системы.
В таблице 1 приведены конструктивные параметры примера исполнения оптической системы.
1
II
1-2
6-7
В таблице 2 приведены соотношения, выполняемые в заявляемой системе, где f' - фокусное расстояние первой линзы 1 первой линзовой группы I; f' - фокусное расстояние второй линзовой группы II; d - расстояние между первой 1 и второй 2 линзами первой линзовой группы I, d - расстояние между третьей 6 и четвертой 7 линзами второй линзовой группы II; f' - фокусное расстояние системы.
В таблице 3 приведены технические характеристики оптической системы.
В таблице 4 приведены значения МПФ системы для 70 лин/мм во всем спектральном диапазоне для центра, середины и края поля зрения.
Как следует из таблицы 3 относительное отверстие заявляемой системы увеличено в 1,5 раза по сравнению с прототипом, длина при этом уменьшилась в 1,9 раза. В отличие от прототипа заявляемая система содержит семь оптических элементов, причем в первой линзовой группе стало на одну линзу меньше, а во второй - на три.
Повышение относительного отверстия, уменьшение длины и количества элементов при обеспечении высокого качества изображения достигается выбором фокусных расстояний линз и групп линз, их взаимным расположением при выполнении приведенных в таблице 2 соотношений и соответствующим выбором материалов.
Из приведенных на фигуре 2(a) графиков МПФ следует, что оптическая система обладает высоким качеством изображения в широком спектральном диапазоне в пределах всего поля зрения. Как видно из таблицы 4 значения МПФ для 70 лин/мм в заявляемой системе существенно превышают аналогичные значения прототипа. Из приведенного на фигуре 2(б) графика следует, что система обладает хорошо исправленной дисторсией в пределах всего поля зрения, что позволяет использовать ее в измерительных приборах.
Оптическая система работает следующим образом: поток излучения проходит через линзы 1-7 системы, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами кривизны и материалами линз, и фокусируется в плоскости чувствительных элементов приемника излучения 8. Диаметр пучка излучения определяется диаметром апертурной диафрагмы совпадающей с первой поверхностью первой линзы 5 второй группы II.
Таким образом, выполнение оптической системы в соответствии с предлагаемым техническим решением обеспечивает повышение относительного отверстия при уменьшении длины, упрощении конструкции и высоком качестве изображения в пределах всего поля зрения.