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] из пяти компонентов и спектроделительного блока, выполненного с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны 1067 нм или 1570 нм, расположенного на оптической оси объектива между четвертым и пятым компонентами, первый компонент выполнен в виде отрицательного двусклеенного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент содержит положительную линзу, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, пятый компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, установленной с возможностью юстировочных перемещений вдоль оптической оси. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображений в широком спектральной диапазоне, а также возможность одновременной регистрации изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике. Недостатком объектива является его большая длина: расстояние от первой поверхности объектива до плоскости изображений составляет 1.7 фокусного расстояния объектива.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из силового и коррекционного компонентов, силовой компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, одиночного положительного
мениска и отрицательной двусклеенной линзы, установленной после одиночного положительного мениска, коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного и положительного менисков, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу, при этом вогнутая поверхность отрицательного мениска обращена к пространству предметов, и плоско-паралелльной пластинки.
-1
Данная конструкция объектива имеет небольшую 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.
Задачей изобретения является повышение качества изображения в спектральном диапазоне длин волн λ=575 нм...900 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения при сохранении небольшой длины объектива, а также возможность одновременной регистрации изображений на ПЗС-матрице и фотоприемнике.
Объектив содержит установленные по ходу луча силовой и коррекционный компоненты, силовой компонент состоит из положительной линзы, склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, положительного одиночного мениска и отрицательной двусклеенной линзы, коррекционный компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, в отличии от прототипа, содержит расположенный между силовым и коррекционным компонентами 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, отрицательная двухсклеенная линза силового компонента состоит из отрицательного
мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и положительного мениска, и расположена между положительной двусклеенной линзой и одиночным мениском силового компонента, расстояние между вогнутыми поверхностями менисков силового и коррекционного компонентов, приведенное к воздуху, составляет 0.55...0.62 фокусного расстояния объектива, коррекционный компонент установлен с возможностью юстировочных перемещений вдоль оптической оси, а его оптическая сила по абсолютной величине составляет 0.2...0.22 оптической силы объектива.
Выполнение отрицательной двусклеенной линзы силового компонета в виде отрицательного мениска, склеенного из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и положительного мениска, и расположение ее между положительной двусклеенной линзой и одиночным положительным мениском позволило исправить сферохроматические аберрации, хроматизм увеличения, аберрации широких пучков.
Выполнение коррекционного компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, имеющего оптическую силу по абсолютной величине 0.2...0.22 оптической силы объектива, и выбор расстояния, приведенного к воздуху, между вогнутыми поверхностями менисков силового и коррекционного компонентов в пределах 0,55...0,62 фокусного расстояния объектива, позволяет исправить кривизну изображения по всему полю при сохранении небольшой длины объектива.
Введение спектроделительного блока, расположенного между силовым и коррекционным компонентами, выполненного с возможностью пропускания излучения с λ=500 нм...900 нм и отражающего излучение с λ=1064 нм или λ=1570 нм, позволяет использовать объектив как для формирования
изображения на ПЗС-матрице, так и для регистрации возвратного излучения лазерного дальномера на площадке фотоприемника.
Коррекционный компонент объектива установлен с возможностью юстировочных 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.
-1
Предлагаемый объектив имеет фокусное расстояние 170 мм, относительное отверстие 1:2.8, входной зрачок диаметром 60 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=60 мм в точке на оси не менее 0.67, на краю поля зрения 2W=3° не менее 0.56.
На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
е
e
На фиг.2 приведены конструктивные параметра линз объектива 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 приведен график поперечной сферической аберрации объектива.
На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=3 гpaд.
На фиг.5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.
На фиг.6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=3 град.
Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже
Таблица
λ, нм
575
600
650
700
900
С
0.12
1.0
0.9
0.72
0.14
-1
Объектив (фиг.1) состоит из силового компонента I, коррекционного компонента II, спектроделительного блока, расположенного между силовым и коррекционным компонентами, светофильтра. Силовой компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы 1 и двояковогнутой линзы 2, отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из отрицательного мениска 3, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и положительного мениска 4, одиночный положительный мениск 5, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного мениска 6, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, его оптическая сила равна -0.00126 мм, что составляет 0.214 оптической силы объектива по абсолютной величине. Расстояние между вогнутыми поверхностями менисков 5 и 6 силового и коррекционного компонентов, приведенное к воздуху, равно 101.58 мм, что составляет 0.598 фокусного расстояния объектива. Коррекционный компонент установлен с возможностью юстировочных перемещений вдоль оптической оси. Для фокусировки объектива на расстояние 60 м Коррекционный компонент перемещается на 2.6 мм по направлению к плоскости изображений, при этом расстояние между силовым и коррекционным компонентами, приведенное к воздуху, равно 104.18 мм, что составляет 0.613 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 182.97 мм, что составляет 1.076 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 (К=0.1).
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=3° 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 ВY №6385, публикация 2001 г, МПК G02B 9/00.
2. Патент RU №2218585 С1, публикация 2003, МПК G02B 9/60 - прототип.