ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам, и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике.
-1
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 котировочных перемещений вдоль оптической оси. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображений в широком спектральном диапазоне для пространственных частот не более 60 мм и для угла поля зрения не более 3°. Длина объектива от первой поверхности до ПЗС-матрицы составляет не менее 1,7 фокусного расстояния объектива.
-1
Наиболее близким к предполагаемому объективу является объектив [2], содержащий силовой и коррекционный компоненты и спектроделительный блок, выполненный с возможностью отражения излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и пропускания излучения длиной волны 1064 нм или 1570 нм, и установленный между силовым и коррекционным компонентами. Силовой компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, одиночную двояковыпуклую линзу и отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковогнутой линзы и положительного мениска. Коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, причем расстояние между силовым и коррекционным компонентами составляет не менее 0,5 фокусного расстояния объектива. Прототип имеет хорошее качество изображений по всему полю зрения 2W=2°24' при фокусном расстоянии объектива до 170 мм и использовании матрицы с размером пиксела до 8,3 мкм. Однако, при увеличении фокусного расстояния и угла поля зрения данная конструкция не обеспечивает достаточно высокого качества изображения для пространственных частот не менее 90 мм.
-1
Задачей полезной модели является увеличение поля зрения, увеличение фокусного расстояния, повышение качества изображений для пространственных частот не менее 90 мм во всем поле зрения в спектральном диапазоне (600…900) нм, при длине объектива от его первой поверхности до плоскости изображений не более фокусного расстояния объектива.
1
1
1
Объектив содержит установленные по ходу луча силовой и коррекционный компоненты, при этом силовой компонент включает положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, одиночную двояковыпуклую линзу, отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковогнутой линзы и положительного мениска, коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного мениска, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз и установленного с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси, между силовым и коррекционным компонентами установлен спектроделительный блок, в отличие от прототипа, спектроделительный блок выполнен с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны (1030±30) нм или (1540±30)нм, расстояние между силовым и коррекционным компонентами по оптической оси составляет не менее 0,4 фокусного расстояния объектива, сумма оптических сил силового и коррекционного компонентов не превышает 0,002 по абсолютной величине, а расстояние между одиночной двояковыпуклой линзой силового компонента и его отрицательной двусклеенной линзой отвечает условию: 0,04f'<d<0,05f', где f' - фокусное расстояние силового компонента.
Выбор расстояния между силовым и коррекционным компонентами и расстояния между одиночной двояковыпуклой линзой силового компонента и его отрицательной двусклеенной линзой, выбор сумм оптических сил силового и коррекционного компонентов не более 0,002 по абсолютной величине, а также выполнение спектроделительного блока, расположенного между силовым и коррекционным компонентами, в виде призмы-куб, гипотенузная грань которого пропускает излучение в спектральном диапазоне (500…900) нм и отражает излучение с длиной волны (1060±30) нм или (1540±30) нм, позволил увеличить угол поля зрения объектива при увеличении фокусного расстояния без увеличения его габаритов, исправить аберрации широких наклонных пучков, улучшив тем самым качество изображений по полю зрения, а также сохранить размер объектива от первой поверхности до плоскости изображений не более фокусного расстояния объектива, и использовать его как для формирования изображения на ПЗС-матрице с размером пиксела не более 5,5 мкм, так и для регистрации возвратного излучения лазерного дальномера на площадке фотоприемника.
Предлагаемый объектив имеет:
-1
- фокусное расстояние 210,5 мм, относительное отверстие 1:3,5, угол поля зрения 2w=4°. Входной зрачок диаметром 60 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=90 мм в точке на оси не менее 0,62, на краю поля зрения 2W=4° не менее 0,5.
На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
На фиг. 2 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.
На фиг. 3 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=4°.
Объектив (фиг. 1) состоит из установленных по ходу луча силового компонента и коррекционного компонента, спектроделительного блока, расположенного между силовым и коррекционным компонентами, светофильтра. Силовой компонент содержит положительную линзу, склеенную из двояковыпуклой линзы 1 и отрицательного мениска 2, двояковыпуклую линзу 3 и отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы 4 и положительного мениска 5. Коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и склеенного из двояковогнутой 7 и двояковыпуклой линз 8.
c
к
c
к
Расстояние между вогнутыми поверхностями силового и коррекционного компонентов с учетом толщины спектоделительного блока, приведенной к воздуху, равно 104,12 мм, что составляет 0,49 фокусного расстояния объектива. Фокусное расстояние силового компонента для λ=700 нм f'=166,34 мм, фокусное расстояние коррекционного компонента для λ=700 нм f'=-128,37 мм. Сумма оптических сил коррекционного и силового компонентов равна: ϕ=1/f'+1/f'=1/166,34+1/(-128,37)=-0,00177.
Расстояние между одиночной двояковыпуклой линзой силового компонента и его отрицательной двусклеенной линзой равно 6,9 мм, что составляет 0,04 фокусного расстояния силового компонента. Коррекционный компонент установлен с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси.
Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений равна 184,1 мм, что составляет 0,87 фокусного расстояния объектива.
Между силовым и коррекционным компонентами расположен спектроделительный блок 6, пропускающий излучение в спектральном диапазоне λ=500 нм …900 нм и отражающий излучение с длиной волны А=1540 нм. Объектив содержит светофильтр 9, выделяющий рабочий спектральный диапазон (600…900) нм.
-1
Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 2 и 3, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения для пространственных частот не менее N=90 мм, что позволяет получить изображение объектов с малым контрастом (К=0.1) на ПЗС-матрице с размером пиксела 5,5 мкм.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=4° 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 6, после которого излучение с длинами волн λ=500 нм …900 нм попадает на линзы 7,8, преломляется через их поверхности, проходит через светофильтр 9, 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 6 и фокусируется на площадке фотоприемника.
Источники информации:
1. BY №6385 С1 (ОАО «Пеленг») 2004.09.30, весь документ.
2. BY №10332 U (ОАО «Пеленг») 2014.10.30, весь документ - прототип.