ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ РАДИАЦИОННО СТОЙКИЙ ОБЪЕКТИВ

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее к широкоугольным объективам, используемым в различных оптических приборах и компонентах, которые требуют широкого поля зрения, высокого качества изображения в широком спектральном диапазоне и наличия изменяемой апертурной диафрагмы, в том числе в комплексах, работающих в условиях радиационного излучения.
1
2
5
6
8
1
2
5
6
8
Известен широкоугольный объектив (патент РФ №2445658, от 30.12.2010, опубл. 20.03.2012, МПК G02B 9/62), состоящий из плосковыпуклой линзы, обращенной плоскостью к предмету, плосковогнутой линзы, обращенной плоскостью к предмету, одиночной двояковыпуклой линзы, двояковогнутой линзы, склеенной с двояковыпуклой линзой, одиночной двояковыпуклой линзы, одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению. В объективе имеют место соотношения: 1,63<n=n<1,68; 1,73<n<2,1; 1,57<n<1,64; 1,6<n<1,675, где n, n, n, n, n - показатели преломления материала, соответственно, первой и второй линз первого компонента, двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента и мениска четвертого компонента для линии d. Перед двояковогнутой линзой расположена апертурная диафрагма. Перед двояковогнутой линзой может находиться плоскопараллельная пластика или светофильтр.
Недостатками приведенного объектива является маленький задний отрезок порядка долей миллиметра, малое относительное отверстие (1:3,5), недостаточно широкое поле зрения (70°), а также невозможность работы объектива в условиях радиационного излучения.
Известен широкоугольный объектив с большим относительным отверстием (патент РФ №2351968, от 30.07.2007, опубл. 10.04.2009, МПК G02B 9/64), содержащий семь оптических компонентов и апертурную диафрагму, расположенную между пятым и шестым компонентами. Первый компонент - положительный, второй - отрицательный, выполненный в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению. Третий - отрицательный, а четвертый - отрицательный и склеен из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Пятый выполнен в виде двояковыпуклой линзы. Шестой выполнен в виде одиночной двояковогнутой линзы. Седьмой - в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к объекту. После седьмого компонента дополнительно введены восьмой компонент, выполненный в виде двояковыпуклой линзы, девятый компонент - положительный и склеенный из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, и положительной линзы, десятый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и одиннадцатый компонент, выполненный положительным и склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз.
Недостаткам данного объектива является невозможность работы объектива в условиях радиационного излучения, невысокое качество изображения, также невозможность работы с приемниками размером 2/3''.
Наиболее близким по технической сущности является широкоугольный телевизионный объектив (патент СССР №1788493, от 27.02.1991, опубл. 15.01.1993, МПК G02B 9/64), выполненный из радиационно стойкого стекла, который принят авторами за прототип.
Объектив содержит защитное стекло, два положительных мениска, установленных перед первым компонентом, второй компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, третий, четвертый и пятый компоненты выполнены в виде положительных линз, шестой и седьмой компоненты, выполненные в виде двусклеенных линз, и приемную площадку электронной лучевой трубки. Угол поля зрения объектива составляет 70°, максимальное относительное отверстие 1:2, объектив ахроматизован в диапазоне длин волн 547-750 нм. Контраст изображения при частоте 30 лин/мм на оси и на краю поля зрения составляет 0,7 и 0,1 соответственно.
Недостатком известного объектива-прототипа является недостаточно широкое поле зрения, недостаточно широкий рабочий спектральный диапазон и невысокое качество изображения.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, - создание широкоугольного радиационно стойкого объектива с улучшенными характеристиками качества получаемого изображения.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение поля зрения объектива, расширение рабочего спектрального диапазона и повышение качества получаемого изображения.
об
об
об
об
об
об
об
об
об
Это достигается тем, что объектив, состоящий из расположенных последовательно по ходу излучения пяти компонентов и действующей апертурной диафрагмы, отличается тем, что первый компонент выполнен в виде трех одиночных отрицательных менисков, расположенных вогнутой стороной к пространству изображения, второй и третий - положительные мениски, расположенные вогнутой стороной к пространству предметов, склеенные из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый - два одиночных положительных мениска, первый из которых обращенный вогнутой стороной к пространству предметов, второй - к пространству изображений, пятый - двояковыпуклая линза, склеенная из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, между третьим и четвертым компонентами расположена действующая апертурная диафрагма, расстояние между третьим компонентом и диафрагмой равно (0,5…0,6)ƒ', расстояние между четвертым компонентом и диафрагмой равно (0,25…0,35)ƒ', что обеспечивает установку действующей изменяемой ирисовой диафрагмы, оптические силы компонентов составляют (-1,0…-1,1)ϕ', (3,1…3,2)ϕ', (27…30)ϕ', (2,9…3,1)ϕ' и (6,0…6,2)ϕ' соответственно, где ƒ' - фокусное расстояние объектива, ϕ' - оптическая сила объектива.
Уменьшение фокусного расстояния объектива по сравнению с прототипом при сохранении величины изображения позволяет значительно увеличить поле зрения до 91°. Первый компонент, выполненный из трех отрицательных менисков, обеспечивает высокую коррекцию астигматизма и кривизны поля зрения. Выполнение третьего компонента склеенным из двояковогнутой и двояковыпуклой линз позволяют корригировать хроматизм увеличения. Выполнение четвертого компонента в виде двух отдельных линз обеспечивает коррекцию хроматизма положения. Пятый компонент, выполненный положительным по силе и склеенным из двух линз, первая из которых - положительная двояковыпуклая, вторая - отрицательная двояковогнутая корректирует дисторсию, и остаточный хроматизм положения и увеличения.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена оптическая схема широкоугольного радиационно стойкого объектива. На фиг. 2 представлена полихроматическая частотно-контрастная характеристика объектива для относительного отверстия 1:2,8 и углового поля 2ω=91°.
об
об
об
об
об
об
об
об
об
Широкоугольный радиационно стойкий объектив содержит последовательно расположенные по ходу луча пять компонентов 1-5 и действующую апертурную диафрагму, расположенную между компонентами 3 и 4. Компонент 1 выполнен в виде трех одиночных отрицательных менисков 6-8, расположенных вогнутой стороной к пространству изображения, компонент 2 и 3 - положительные мениски, расположенные вогнутой стороной к пространству предметов, склеенные из двояковогнутых 9 и 11 и двояковыпуклых линз 10 и 12, компонент 4 - два одиночных положительных мениска, из которых мениск 13 обращен вогнутой стороной к пространству изображений, а мениск 14 - обращен вогнутой стороной к пространству предметов, компонент 5 - двояковыпуклая линза, склеенная из двояковыпуклой линзы 15 и отрицательного мениска 16, расстояние между третьим компонентом и диафрагмой равно (0,5…0,6)ƒ', расстояние между четвертым компонентом и диафрагмой равно (0,25…0,35)ƒ', что обеспечивает установку действующей изменяемой ирисовой диафрагмы, оптические силы компонентов составляют (-1,0…-1,1)ϕ', (3,1…3,2)ϕ', (27…30)ϕ', (2,9…3,1)ϕ' и (6,0…6,2)ϕ' соответственно, где ƒ' - фокусное расстояние объектива, ϕ' - оптическая сила объектива. Все компоненты выполнены из оптического стекла серии 200, что обеспечивает высокую радиационную стойкость объектива.
Примером конкретной реализации предлагаемой полезной модели является широкоугольный радиационно стойкий объектив, имеющий фокусное расстояние ƒ'=6,15 мм, относительное отверстие D/ƒ'=1:2,8 и угловое поле 2ω=91°, технические характеристики которого представлены в таблице 1. Объектив имеет расширенный рабочий спектральный диапазон от 0,485 до 0,760 мкм в отличие от прототипа, который ахроматизован от 0,545 до 0,75 мкм. Все оптические элементы выполнены из радиационно стойкого стекла, что подтверждается конструктивными параметрами, представленными в таблице 2. Улучшение качества изображения по сравнению с прототипом подтверждается таблицей 3, в которой представлена полихроматическая дифракционная частотно-контрастная характеристика объектива. При частоте 30 лин/мм контраст изображения объектива в центре и на краю поля зрения составляет 0,79 и 0,72 соответственно, в то время как у прототипа при частоте 30 лин/мм контраст в центре поля зрения 0,7, а на краю поля зрения 0,1. Оптимальная разрешающая способность объектива обеспечивается при частоте 80 лин/мм с контрастом в центре поле зрения выше 0,45, а на краю поля зрения выше 0,35.
Техническим преимуществом предлагаемой полезной модели, по сравнению с прототипом, является:
увеличенное на 21° поле зрения;
расширенный рабочий спектральный диапазон от 0,475мкм до 0,76 мкм;
улучшенное качество изображения по всему полю зрения.
Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемой полезной модели повышает его разрешающую способность, высокую информативность, что позволяет использовать его в различных областях приборостроения, в том числе в комплексах, работающих в условиях гамма-излучения.