ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к планапохроматическим объективам с дифракционным качеством изображения, и может быть использована в различных оптико-электронных приборах, в частности, с целью формирования изображения участка звездного неба на ПЗС-матрице, расположенной в фокальной плоскости объектива.
Известен фотографический объектив [1], содержащий два компонента, первый из которых состоит из последовательно расположенных одиночных линз, первые две из которых положительные мениски, обращенные вогнутостью к изображению, третья - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, четвертая - двояковыпуклая линза, и второй компонент, состоящий из четырех одиночных линз, первая из которых двояковыпуклая, вторая двояковогнутая, третья - двояковыпуклая, и четвертая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.
Объектив обладает дифракционным качеством изображения, но его относительное отверстие и угловое поле недостаточно велики.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является объектив для ближней инфракрасной области спектра [2]. Он состоит из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой. Первый компонент выполнен из одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к поверхности изображения, отрицательного мениска, склеенного из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью к поверхности изображения. Второй компонент выполнен из одиночной двояковогнутой и двух двояковыпуклых линз.
Этот объектив имеет значительное относительное отверстие (1:1.74), но недостаточно высокое качество изображения, малое угловое (2W=7°.6) и линейное (2у'=18 мм) поля зрения.
Основной задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является улучшение качества изображения в центре и полю зрения, а также увеличение углового и линейного полей зрения.
Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического объектива, который, как и прототип, содержит последовательно расположенные два компонента, первый из которых содержит положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, и склеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения. Второй компонент состоит из отрицательной двояковогнутой и двух положительных двояковыпуклых линз.
В отличие от прототипа в предлагаемом объективе склеенный мениск первого компонента выполнен из двояковыпуклой положительной и двояковогнутой отрицательной линз и между менисками дополнительно размещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения. Во втором компоненте отрицательная двояковогнутая и первая положительная двояковыпуклая линзы склеены, а за второй положительной двояковыпуклой линзой дополнительно размещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта.
d
d
d
d
d
d
При этом показатели преломления всех положительных линз имеют значения 1.6≤n≤1.7, а их коэффициенты дисперсии 50≤v≤60, показатель преломления отрицательного мениска во втором компоненте n≥1.8, а его коэффициент дисперсии 45≤v≤48, показатели преломления отрицательных линз обоих компонентов 1.57≤n≤1.65, а их коэффициенты дисперсии 37≤v≤44.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что выполнение оптических элементов из марок стекол с указанными показателями преломления и коэффициентами дисперсии позволило достигнуть апохроматической коррекции, а дополнительно размещенные в первом и во втором компоненте мениски позволили обеспечить плановую коррекцию и увеличить угловое поле зрения в 3,67 раза, а линейное поле изображения в 3,4 раза.
Таким образом, достигнут технический результат, заключающийся в увеличении углового и линейного полей зрения, и получении дифракционного качества изображения в центре и по полю.
Предлагаемый планапохроматический объектив иллюстрируется чертежом, на котором на фиг.1 представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и графики волновых аберраций и частотно-контрастной характеристики.
Заявляемый планапохроматический объектив содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой AD.
Первый компонент содержит положительный мениск 1, обращенный вогнутостью к пространству изображения, и склеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, содержащий двояковыпуклую 2 и двояковогнутую 3 линзы.
Второй компонент состоит из отрицательной двояковогнутой линзы 4, склеенной с положительной двояковыпуклой линзой 5, двояковыпуклой линзы 6 и отрицательного мениска 7, обращенного вогнутостью к пространству объекта.
Между положительным 1 и склеенным мениском 2,3 дополнительно размещен отрицательный мениск 8, обращенный вогнутостью к пространству изображения.
d
d
d
d
d
d
Кроме того, показатели преломления положительных линз 1, 2, 5 и 6 объектива имеют значения 1.6≤n≤1.7, а их коэффициенты дисперсии 50≤v≤60, показатель преломления отрицательного мениска 7 второго компонента n≥1/8, а его коэффициент дисперсии 45≤v≤48, показатели преломления отрицательных линз 8, 3, 4 имеют значения 1.56≤n≤1.65, а их коэффициенты дисперсии 37≤v≤44.
За объективом может быть расположена плоскопараллельная пластина 9.
Предлагаемый объектив работает следующим образом.
Лучи от объекта наблюдения проходят через первый компонент, линзы 1, 8, 2, 3, ограничиваясь апертурной диафрагмой AD, и далее через второй компонент: линзы 4, 5, 6, и 7, образуя планапохроматическое изображение в фокальной плоскости объектива.
Благодаря использованию предлагаемого технического решения был рассчитан планапохроматический объектив с фокусным расстоянием F'=125 мм, относительным отверстием 1:3.25, угловым полем зрения 2W=27°.9, линейным полем изображения 2Y'=62 мм.
Результаты расчета приведены в Приложении.
Волновые полихроматические аберрации для точки на оси не превышают 0.38λ, а по всему полю ≤0.5λ.
Частотно-контрастная характеристика ЧКХ в рассчитанном объективе по всему полю для частоты 30 л/мм более 77%, в то время как у прототипа на краю поля изображения при 2W=7°.6 не более 41%, в рассчитанном объективе контраст изображения на частоте 100 л/мм для точки на оси более 57%, а на краю поля 2W=27°.9 - 40%.
Таким образом, в предлагаемом объективе угловое поле зрения увеличено в 3,67 раза при одновременном значительном улучшении качества изображения.
Источники информации
1 Российская федерация, патент RU №2183028, МПК: С02В 9/64, 11/34 27.05.2002 г
2 Российская федерация, патент RU №2331909, МПК: G02B 9/62, G02В 13/14, 20.08.2008 г. - прототип.