ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике.
Известен объектив [1], состоящий из силового и коррекционного компонентов, силовой компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, одиночного мениска и отрицательной двусклеенной линзы, установленной после одиночного мениска, коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного и положительного менисков, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу и плоско-паралелльной пластинки.
-1
Данная конструкция объектива имеет длину, не превышающую 1,2 фокусного расстояния объектива. Однако недостатком прототипа являются недостаточно высокие значения коэффициентов передачи модуляции не превышающие 0,5 на частотах более 50 мм для объектива с фокусным расстоянием 150 мм, а также невозможность одновременной регистрации изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике.
Наиболее близким к предполагаемому объективу является объектив [2], содержащий силовой и коррекционный компоненты и спектроделительный блок, выполненный с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны 1064 нм или 1570 нм, и установленный между силовым и коррекционным компонентами. Силовой компонент содержит положительную линзу, склеенную из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отрицательный мениск, склеенный из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и положительного мениска, а также одиночный положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Коррекционный компонент содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов. Прототип имеет высокое качество изображений по всему полю зрения, при этом длина объектива от первой поверхности объектива до плоскости изображений составляет 1,08 фокусного расстояния объектива.
Задачей полезной модели является уменьшение длины объектива от его первой поверхности до плоскости изображений при одновременном сохранении качества изображений по всему полю зрения в спектральном диапазоне длин волн λ=575 нм … 900 нм.
Объектив содержит установленные по ходу луча силовой и коррекционный компоненты, при этом силовой компонент состоит из положительной линзы, склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отрицательной двусклеенной линзы и одиночного положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, коррекционный компонент состоит из одиночной отрицательной линзы, между силовым и коррекционным компонентами установлен спектроделительный блок, выполненный с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны 1064 нм или 1570 нм, в отличие от прототипа отрицательная двусклеенная линза силового компонента содержит двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, одиночная отрицательная линза коррекционного компонента выполнена двояковогнутой, причем расстояние между вогнутыми поверхностями одиночного положительного мениска силового компонента и двояковогнутой линзы силового компонента, приведенное к воздуху, составляет 0,5…0,54 фокусного расстояния объектива, коррекционный компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а его оптическая сила по абсолютной величине составляет 4,4…4,55 оптической силы объектива, одиночный положительный мениск силового компонента выполнен из материала с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80.
Выполнение отрицательной двусклеенной линзы силового компонента из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, одиночной отрицательной линзы коррекционного компонента двояковогнутой, а также выполнение одиночного положительного мениска силового компонента из материала с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80, позволило исправить сферохроматические аберрации, хроматизм увеличения, аберрации широких пучков.
Выбор оптической силы коррекционного компонента по абсолютной величине в диапазоне от 4,4 до 4,5 оптической силы объектива позволил сократить длину объектива от первой поверхности до плоскости изображений до 0,87 фокусного расстояния объектива.
Выбор расстояния, приведенного к воздуху, между вогнутыми поверхностями мениска силового компонента и двояковогнутой линзы коррекционного компонентов в пределах 0,5…0,54 фокусного расстояния объектива, позволяет исправить кривизну изображения по всему полю при сохранении небольшой длины объектива.
Коррекционный компонент объектива установлен с возможностью перемещений вдоль оптической оси, что позволяет эффективно использовать его для фокусировки объектива от 60 м до бесконечности при нахождении плоскости наилучшей установки на ПЗС-матрице и для компенсации терморасстраиваемости объектива, сохраняя при этом высокое качество по всему полю зрения.
-1
Предлагаемый объектив имеет фокусное расстояние 210,5 мм, относительное отверстие 1:3,5, входной зрачок диаметром 60 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (T) для пространственной частоты N=60 мм в точке на оси не менее 0,73, на краю поля зрения 2W=2° не менее 0,5.
На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
e
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 e(λ=546 нм), ν - число Аббе для линии e.
На фиг. 3 приведен график поперечной сферической аберрации объектива.
На фиг. 4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=2°.
На фиг .5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) для точки на оси.
На фиг. 6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) для точки на краю поля зрения 2W=2°.
Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже
Таблица
λ, нм
575
650
700
800
900
С
0,137
1
0,82
0,37
0,148
-1
Объектив (фиг. 1) состоит из установленных по ходу луча из силового компонента и коррекционного компонента. Силовой компонент содержит положительную линзу, склеенную из двояковыпуклой линзы 1 и двояковогнутой линзы 2, отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы 3 и двояковогнутой линзы 4, одиночный положительный мениск 5, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Коррекционный компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы 6, его оптическая сила равна φ-1/f′=0,0213 мм, что составляет 4,497 оптической силы объектива по абсолютной величине. Расстояние между вогнутыми поверхностями силового и коррекционного компонентов, приведенное к воздуху, равно 110,46 мм, что составляет 0,525 фокусного расстояния объектива. Коррекционный компонент установлен с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси. Для фокусировки объектива на расстояние 60 м коррекционный компонент перемещается на 0,8 мм по направлению к плоскости изображений, при этом расстояние между силовым и коррекционным компонентами, приведенное к воздуху, равно 111,27 мм, что составляет 0,529 фокусного расстояния объектива. Между силовым и коррекционным компонентами расположен спектроделительный блок 7, пропускающий излучение в спектральном диапазоне λ=500 нм … 900 нм и отражающий излучение с длиной волны λ=1064 нм. Объектив содержит светофильтр 8, выделяющий спектральный диапазон в соответствии с таблицей. При расчете объектива учтена толщина защитного стекла ПЗС-матрицы. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения ПЗС-матрицы по оптической оси равна 182,9 мм, что составляет 0,869 фокусного расстояния объектива, у прототипа эта величина составляет 1,08 фокусного расстояния объектива.
Графики аберраций, приведенные на фиг. 3 и 4, а также графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 5 и 6, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения, что позволяет получить изображение объектов с малым контрастом (K=0.1).
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=2° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 60 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз 1,2,3,4,5 попадает в спектроделительный блок 7, после которого излучение с длинами волн λ=500 нм…900 нм попадает на линзу 6, преломляется через его поверхности, проходит через светофильтр 8, и фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица. Пучок лучей с длиной волны λ=1064 нм или λ=1570 нм отражается от гипотенузной грани спектроделительного блока 7 и фокусируется на площадке фотоприемника.
Источники информации
1. Патент RU №2218585 C1, публикация 2003, МПК G02B 9/60
2. Патент BY №4083U, публикация 2007, МПК G02B 9/00 - прототип.