ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице.
Известен объектив, содержащий четыре компонента [1], первый компонент которого положительная двусклеенная линза, состоящая из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент - отрицательный двусклеенный мениск, выполненный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, третий компонент - двояковыпуклая линза, четвертый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов. Апертурная диафрагма установлена перед первым компонентом. Данный объектив имеет относительное отверстие 1:2 и угол поля зрения 2W=4° и высокое качество изображения в спектральном диапазоне (600…900) нм. Основным недостатком этого объектива является небольшой угол поля зрения, относительно большая длина объектива, составляющая 1,4 фокусного расстояния объектива, а также небольшой задний отрезок, не превышающий 0,26 фокусного расстояния объектива, что не позволяет разместить на нем спектроделительный блок.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объективу является апохроматический объектив [2], состоящий из трех компонентов. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Третий компонент - отрицательный, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Данный объектив имеет высокое качество изображений в спектральном диапазоне (520…900) нм при относительном отверстии 1:4 и угле поля зрения 2W=2°.
Задачей полезной модели является повышение относительного отверстия, увеличение угла поля зрения при сохранении высокого качества изображения и длине объектива от первой поверхности до плоскости изображений, не превышающей 1,1 фокусного расстояния объектива.
е
e
Объектив содержит расположенные на оптической оси первый компонент, выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент, выполненный в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий компонент, склеенный из двояковыпуклой и отрицательной линз, в отличие от прототипа, дополнен четвертым компонентом, расположенным после третьего компонента и выполненным в виде одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и апертурной диафрагмой, расположенной перед первым компонентом, при этом третий компонент выполнен положительным, а его отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, расстояние между третьим и четвертым компонентами по оптической оси составляет не менее 0,12 фокусного расстояния объектива, сумма оптических сил всех компонентов не превышает 0,004, а отрицательный мениск четвертого компонента выполнен из материала, показатель преломления которого n>1,7, число Аббе ν<30.
В частности объектив дополнен спектроделительной призмой, установленной после четвертого компонента.
е
e
Конструкция третьего компонента, выполненного положительным и в виде двусклеенного мениска, состоящего из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, введение четвертого компонента, выполненного в виде одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, показатель преломления материала которого n>1,7, а число Аббе ν<30, выбор расстояния между третьим и четвертым компонентами не менее 0,12 фокусного расстояния объектива, а также выбор сумм оптических сил четырех компонентов не более 0,004 обеспечили повышение относительного отверстия до 1:3, увеличение угла поля зрения до 2W=9° при высокой степени коррекции сферической аберрации и комы для точки на оси, позволили исправить кривизну изображения, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков, и получить высокие значения полихроматического коэффициента передачи модуляции для всего поля зрения, при этом длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений не превышает 1,1 фокусного расстояния объектива.
На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
е
е
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 е (λ=546 нм), ν- число Аббе для линии е.
На фиг. 3 приведен график поперечной сферической аберрации объектива.
На фиг. 4 приведен график кривизны поля зрения.
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=9°.
е
e
Объектив (фиг. 1) состоит из четырех компонентов, расположенных на оптической оси. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой линзы 1 и двояковогнутой линзы 2. Фокусное расстояние первого компонента равно 153,87 мм. Второй компонент - мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, и склеенный из двояковогнутой линзы 3 и двояковыпуклой линзы 4. Фокусное расстояние второго компонента равно -1251,5 мм. Третий компонент положительный и склеенный из двояковыпуклой линзы 5 и отрицательного мениска 6, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Фокусное расстояние третьего компонента равно 90,47 мм. Четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 7, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и выполнен из материала, показатель преломления которого n=1,7232, число Аббе ν=29,29. Фокусное расстояние четвертого компонента равно -73,77 мм. После четвертого компонента установлен спектроделительный блок 8 и светофильтр 9. Расстояние между третьим и четвертым компонентами равно 17,95 мм, что составляет 0,16 фокусного расстояния объектива. Сумма оптических сил всех четырех компонентов объектива составляет:
об
1
2
3
4
ϕ=ϕ+ϕ+ϕ+ϕ=1/153,84+1/(-1251,5)+1 /90,47+1/(-73,77)=0,0032.
Апертурная диафрагма 10 расположена перед первым компонентом.
Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений, где располагается ПЗС-матрица, - 114,6 мм, что составляет l,04f', где f' - фокусное расстояние объектива.
Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне λ=(580…900) нм, имеет фокусное расстояние 109,95 мм, относительное отверстие 1:3,14, апертурная диафрагма диаметром 35 мм совпадает с первой поверхностью объектива, поле зрения объектива 2W=9°. Высокая степень коррекции аберраций осевого пучка, вторичного спектра, сферохроматических и аберраций широких наклонных пучков позволили получить высокие значения коэффициента передачи модуляции:
-1
-1
- для точки на оси не менее 0,7 для пространственной частоты N=72 мм и не менее 0,5 для пространственной частоты N=145мм,
-!
-1
- для края поля зрения не менее 0,65 для пространственной частоты N=72 мм и не менее 0,37 для пространственной частоты N=145мм.
Графики аберраций, приведенные на фиг. 3 и 4, и графики полихроматических коэффициентов 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.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=9° проходит через апертурную диафрагму объектива, диаметром 35 мм, совпадающую с первой поверхностью объектива, и, преломившись через поверхности линз 1-7, и светофильтр 9 фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица. Спектроделительный блок 8 формирует изображение бесконечно удаленного предмета в двух плоскостях: одной, оптически связанной с гранью спектроделительного блока, выделяющей излучение в спектральном диапазоне чувствительности ПЗС-матрицы, и второй, оптически связанной с гранью спектроделительного блока, выделяющей излучение на длине волны излучения лазера.
Источники информации
1. BY №12150 С1 (Открытое акционерное общество «Пеленг»), 30.08.2009.
2. RU №2547005 С1 (Открытое акционерное общество «Красногорский завод им. С.А. Зверева), 10.04.2015, весь документ - прототип.