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 трех последовательно расположенных на оптической оси компонентов, первый из которых - двусклеенная линза, содержащая двояковыпуклую и плосковогнутую линзы, второй компонент -положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Данная конструкция объектива обеспечивает относительное отверстие 1:2.8, угловое поле зрения до 2w=14° при небольших продольных габаритах, не превышающих одного фокусного расстояния от первой поверхности объектива до плоскости изображений, и большом заднем отрезке, составляющем 0,5 фокусного расстояния объектива, что позволяет при необходимости разместить на заднем отрезке спектроделительный блок. Данная конструкция обеспечивает высокое качество изображений для точки на оси, но имеет относительно большой неисправленный астигматизм, что приводит к недопустимому снижению качества изображения для внеосевых точек поля зрения.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив[2], содержащий четыре компонента, расположенные последовательно на оптической оси, и апертурную диафрагму, установленную перед первым компонентом. Первый компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, содержащей двояковыпуклую и двояковогнутую линзы. Второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Третий компонент представляет собой двояковыпуклую линзу, четвертый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, причем расстояние между вторым и третьим, третьим и четвертым компонентами составляет не менее 0,38 и 0,2 фокусного расстояния объектива, соответственно.
Прототип имеет хорошее качество изображений в центре поля зрения для угла поля зрения не более 2W=4° при фокусном расстоянии объектива 64,5 мм и относительном отверстии 1:2. У данного объектива задний фокальный отрезок составляет не более 0,27 фокусного расстояния объектива, что недостаточно для размещения на нем спектроделительного блока, а длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений составляет 1,4 фокусного расстояния объектива.
Задачей полезной модели является увеличение поля зрения, увеличение заднего отрезка и уменьшение длины объектива, при сохранении хорошего качества изображения во всем поле зрения, а также расширение функциональных возможностей.
Объектив содержит четыре компонента, последовательно расположенные на оптической оси, и апертурную диафрагму, расположенную перед первым компонентом, первый компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент - мениск, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, в отличие от прототипа, второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, после четвертого компонента введен спектроделительный блок, причем толщина второго компонента составляет не менее 1,1 фокусного расстояния объектива, толщина четвертого компонента - не менее 0,075 фокусного расстояния объектива, а его оптическая сила составляет не менее 1,95 оптической силы объектива по абсолютной величине.
e
Спектроделительный блок может быть выполнен из оптического стекла с показателем преломления n<1,5 и с возможностью разделения спектрального излучения с областью (500…900) нм и излучения с длиной волны (1060±30) нм или (1540±30) нм.
Выбор формы оптических компонентов, их расположения, выбор толщины четвертого компонента, а также его оптической силы позволили увеличить поле зрения и задний фокальный отрезок, уменьшить длину объектива при исправлении аберраций широких наклонных пучков, а выбор толщины второго компонента позволил улучшить аберрации осевых пучков и сферохроматизм, что обеспечило хорошее качество изображения по всему полю зрения.
e
Введение спектроделительного блока, расположенного после четвертого компонента, его выполнение из оптического стекла с показателем преломления n<1,5 и с возможностью разделения спектрального излучения с областью (500…900) нм и излучения с длиной волны (1060±30) нм или (1540±30) нм позволило использовать объектив как для формирования изображения на ПЗС-матрице, так и для регистрации возвратного излучения лазерного дальномера на площадке фотоприемника, оптически сопряженной со спектроделительной гранью спектроделительного блока, что расширило функциональные возможности применения данного объектива.
На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
На фиг. 2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R - радиусы кривизны поверхностей линз, D -расстояния между поверхностями линз,  - показатель преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), ν - число Аббе для линии е.
На фиг. 3 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.
На фиг. 4 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=8°.
Объектив (фиг. 1) состоит из последовательно установленных по ходу луча четырех компонентов, первый из которых выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой 1 и двояковогнутой 2 линз, второй компонент - одиночный положительный мениск 3, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 4, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 5, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. После четвертого компонента на заднем фокальном отрезке объектива расположен спектроделительный блок 6. Апертурная диафрагма совпадает с первой поверхностью двояковыпуклой линзы 1 первого компонента. Объектив рассчитан со светофильтром 7, выделяющим спектральный диапазон (500…900) нм. Толщина второго компонента равна 9 мм (см. фиг. 2), что составляет 0,136 фокусного расстояния объектива. Толщина четвертого компонента равна 5,1 мм, что составляет 0,077 фокусного расстояния объектива, а оптическая сила этого компонента равна:
4
ϕ=|1/-(33,469)|=|-0,0299|=1,977ϕ,
4
где ϕ - оптическая сила четвертого компонента, ϕ - оптическая сила всего объектива.
Спектроделительный блок 6 выполнен из оптического стекла с показателем преломления =1,484, в виде куб-призмы, на гипотенузную грань которой нанесено спектроделительное покрытие, пропускающее спектральное излучание с областью (500…900) нм и отражающее излучение с длиной волны (1060±30) нм или (1540±30) нм.
-1
Предлагаемый объектив имеет: фокусное расстояние 66,14 мм, относительное отверстие 1:3, угол поля зрения 2w=8°. Входной зрачок диаметром 22 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=145 мм для точки на оси не менее 0,5, на краю поля зрения 2W=8° не менее 0,4.
Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений равна 75,3 мм, что составляет 1,138 фокусного расстояния объектива, что меньше, чем длина объектива от его первой поверхности до плоскости изображений у прототипа.
Задний фокальный отрезок объектива равен 28,74 мм, что составляет 0,43 фокусного расстояния объектив, что больше чем у прототипа.
-1
Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 3 и 4, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения для пространственных частот не менее 145 мм по всему полю в спектральном диапазоне (500…900) нм, позволяет получить хорошее изображение на матрице с размером пиксела 3,45 мкм.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=8° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 22 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз 1-5 попадает в спектроделительный блок 6, разделяющий излучение с длинами волн λ=(500…900) нм и излучение с длиной волны λ,=1540 нм или λ=1060 нм. Излучение с длинами волн λ=(500…900) нм проходит через светофильтр 7, и фокусируется в плоскости изображений, где расположена ПЗС-матрица. Пучок лучей с длиной волны λ=1540 нм или λ=1060 нм фокусируется на площадке фотоприемника.
Источники информации:
1. RU 2239212 С2 (ОАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева»), 27.10.2004, весь документ.
2. BY 12150 С1 (ОАО «Пеленг»), 30.08.2009, весь документ - прототип.