СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может быть использовано в приборах ночного видения.
Известен объектив [1] из пяти компонентов, первый из которых - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент - положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству изображений, пятый компонент - двусклеенная линза, состоящая из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска. Данная конструкция объектива обеспечивает относительное отверстие 1:1,2. Недостатком аналога является недостаточно высокое качество изображения, а также большое виньетирование широких пучков лучей.
Наиболее близкими к предлагаемому объективу является светосильный объектив [2], состоящий из семи компонентов. Первый и второй компоненты выполнены в виде положительных менисков, обращенных вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и склеенного из положительного и отрицательного менисков, четвертый компонент выполнен в виде склеенной линзы, состоящей из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, пятый и шестой компоненты выполнены в виде двояковыпуклых линз, обращенных более крутыми поверхностями друг к другу, седьмой компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами.
-1
Данная конструкция объектива обеспечивает относительное отверстие 1:1,1 при фокусном расстоянии объектива до 61 мм. Недостатком прототипа является недостаточно высокое качество изображения: коэффициенты передачи модуляции (Т) не превышают 0,4 для точки на оси и 0,3 для поля зрения W=8°22' для частоты N=30 мм.
Задачей полезной модели является повышение качества изображения в спектральном диапазоне λ=580 нм…900 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения при увеличении относительного отверстия до 1:1.
3
3
е
e
е
e
е
e
е
е
Светосильный объектив содержит шесть компонентов, расположенных на оптической оси, первый и второй компоненты которого положительные мениски, обращенные вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент выполнен в виде склеенной линзы, состоящей из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, пятый компонент - двояковыпуклая линза, шестой компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами, в отличие от прототипа положительный мениск второго компонента выполнен в виде двусклеенной линзы, содержащей двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, третий компонент выполнен в виде одиночного мениска, склеенная линза четвертого компонента выполнена отрицательной, положительный мениск шестого компонента выполнен в виде двусклеенной линзы, содержащей двояковыпуклую и двояковогнутые линзы, причем толщина d третьего компонента удовлетворяет условию 0,18f'<d<0,2f', где f' - фокусное расстояние объектива, положительные линзы первого, второго, четвертого и шестого компонента выполнены из оптического материала с показателем преломления n и коэффициентом дисперсии ν, удовлетворяющими условиям 1,65<n<1,67, 50<ν<51, а отрицательные линзы второго, третьего, четвертого и шестого компонентов выполнены из оптического материала с показателем преломления n и коэффициентом дисперсии ν, удовлетворяющими условиям 1,74<n<1,76,27<ν<29.
е
e
е
e
е
e
е
e
Конструкция второго и шестого компонентов, выполненных в виде двусклеенных линз, содержащих двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, а также выполнение положительных линз первого, второго, четвертого и шестого компонента из оптического материала с показателем преломления n и коэффициентом дисперсии ν, удовлетворяющими условиям 1,65<n<1,67, 50<ν<51, а отрицательных линз второго, третьего, четвертого и шестого компонентов из одинакового материала с показателем преломления n и коэффициентом дисперсии ν, удовлетворяющими условиям 1,74<n<1,76, 27<ν<29, обеспечивает исправление вторичного спектра до 0,03 мм в спектральном диапазоне 580 нм…900 нм, а также позволяет получить хорошее исправление хроматических аберраций.
3
Выполнение третьего компонента в виде одиночного мениска, имеющего толщину 0,18f'<d<0,2f', позволило исправить кривизну поля до величины 0,02 мм и астигматизм до величины 0,03 мм для угла поля зрения 2W=12,6°, что обеспечило высокие значения коэффициента передачи модуляции для внеосевых точек.
-1
Предлагаемый светосильный объектив работает в спектральном диапазоне: λ=(580…900) нм, имеет фокусное расстояние 79,9 мм, относительное отверстие 1:1. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=30 мм в точке на оси (y'=0) не менее 0,76, на краю поля зрения 2W=12,6° не менее 0,42.
На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого светосильного объектива.
е
e
На фиг.2 приведены конструктивные параметра линз светосильного 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-коэффициент дисперсии для линии е.
На фиг.3 приведен графики поперечной сферической аберрации светосильного объектива.
На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=12,6°.
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-12.6°.
Частотно-контрастные характеристики светосильного объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже
Таблица
λ, мкм
580
700
750
800
900
С
0,1
0,9
0,95
1
0,08
е
e
е
e
Светосильный объектив (фиг.1) состоит из шести компонентов. Первый компонент содержит положительный мениск 1, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и склеенного из двояковыпуклой линзы 2 и двояковогнутой линзы 3. Третий компонент выполнен в виде отрицательного одиночного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, толщина мениска по оси равна 15 мм, что составляет 0,188 фокусного расстояния объектива. Четвертый компонент выполнен в виде отрицательной склеенной линзы, состоящей из двояковогнутой линзы 5 и двояковыпуклой линзы 6. Пятый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 7. Шестой компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и склеенного из двояковыпуклой линзы 8 и двояковогнутой линзы 9. Апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами на расстоянии 20 мм от вогнутой поверхности третьего компонента. Положительные линзы 1, 2, 6, 8 выполнены из стекла марки ТК21, имеющего показатель преломления n=1,66, коэффициент дисперсии ν=50,81. Отрицательные линзы 3, 4, 5, 9 выполнены из стекла марки ТФ4, имеющего показатель преломления n=1,7462, коэффициент дисперсии ν=27,95. Светосильный объектив рассчитан с плоско-параллельной пластиной 10 толщиной 5,6 мм.
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.4 и 5, подтверждают, что светосильный объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения.
Светосильный объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=12,6° попадает на первую поверхность первого компонента объектива, и, преломившись через поверхности девяти линз и плоско-параллельную пластину, фокусируется в плоскости изображения, где расположен приемник.
Источники информации
1. Патент RU №2040024 С1, публикация 1995 г, МПК G02B 11/32.
2. Патент RU №31003 U1, публикация 2003 г, МПК G02B 9/64