ТЕЛЕЦЕНТРИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2006 года по МПК G02B13/22 G02B9/64 

Предлагаемое изобретение относится к оптическим приборам и может быть использовано в качестве объектива с телецентрическим ходом лучей для работы в спектральном диапазоне 0,5...0,9 мкм, например с ПЗС-матрицами.

Известен широкоугольный (90°) телецентрический объектив (SU №1117570 А1, кл. G 02 B 13/22, опубл. 07.10.84 г.), содержащий девять одиночных линз и менисков, а именно, по ходу луча: положительный и два отрицательных мениска, обращенных выпуклостью к предмету, апертурную диафрагму, положительный и отрицательный мениски, обращенные вогнутостью к предмету, две двояковыпуклые линзы и положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью друг к другу. Относительное отверстие объектива 1:5, фокусное расстояние 10 мм, рассчитан на длину волны 546 Нм.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является широкоугольный телецентрический объектив (JP 11084232 А, кл. G 02 B 13/04, опубл.26.03.99 г.), содержащий три группы линз: в первой группе G₁, по ходу луча, двояковыпуклая линза G_1-1 и подгруппа G_1-2 из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковогнутой линзы, во второй группе G₂ - положительная линза, в третьей группе G₃ - отрицательная линза, положительный мениск и двояковыпуклая линза образуют подгруппу G_3-1, а склейка из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и две двояковыпуклые линзы образуют подгруппу G_3-2, при этом в объективе выполняются следующие соотношения:

(1) 0.2<|f₁/f₃|<0.8

(2) 0.01<|f/f₂|<0.7

(3) 0.01<|f₁/f_1-1|<0.5

(4) 0.7<|f_1-2/f₁|<1.0

(5) |f₃/f_3-1|<0.6

(6) 0.5<|f₃/f_3-2|<0.95

где f... - фокусные расстояния соответствующих групп линз или объектива. У объектива большой задний отрезок (до 100 мм), светосила 1:4, он работает в видимой области спектра (0,486...0,656 нм).

Задачей настоящего изобретения является создание телецентрического объектива с расширенным спектральным диапазоном от 0,5 до 0,9 мкм, в частности для поддиапазонов: 0,5÷0,6; 0,6÷0,7; 0.79÷0,9 мкм в единой фокальной плоскости и высоким качеством изображения по всему полю.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в телецентрическом объективе, содержащем три группы линз из трех, одной и семи линз соответственно, первая группа Г₁ включает вторую отрицательную линзу, вторая группа Г₂ - четвертую положительную линзу, третья группа Г₃ - пятую линзу - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, шестую положительную линзу, одиннадцатую положительную линзу, при этом, в отличие от известного, первая и восьмая линзы выполнены в виде отрицательных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, вторая линза - двояковогнутая, третья, шестая и девятая - двояковыпуклые, четвертая - мениск, обращенный вогнутостью к предмету, седьмая и десятая - отрицательные мениски, обращенные выпуклостью к изображению, одиннадцатая - мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Рекомендуется, чтобы в объективе выполнялись следующие соотношения фокусных расстояний (ф.р.) групп и подгрупп линз:

1.2<|f₁/f₃|<2.0

1.0<|f₁/f_1-1|<1.8

4.0<|f_1-2/f₁|<9.0

0.6<|f₃/f_3-1|<0.8

0.37<|f₃/f_3-2|<0.49, где

f₁ - ф.р. группы Г₁ (линзы 1, 2 и 3);

f₃ - ф.р. группы Г₃ (линзы 5-11);

f_1-1 - ф.р. первой линзы;

f_1-2 - ф.р. подгруппы из 2 и 3 линз;

f_3-1 - ф.р. подгруппы из 5, 6 и 7 линз;

f_3-2 - ф.р. подгруппы из 8, 9, 10 и 11 линз.

Предложенное выполнение объектива позволяет получить построение качественного изображения в единой фокальной плоскости одновременно в трех спектральных диапазонах: Δλ1=0,5÷0,6; Δλ2=0,6÷0,7; Δλ3=0,79÷0,9 мкм.

Оптическая схема поясняется чертежом.

Объектив состоит из 11 одиночных линз, сгруппированных в группы Г₁ из трех линз, Г₂ - одна линза, апертурной диафрагмы (АД) и группы Г₃ из 7 линз. Эти линзы суть, по ходу луча: 1 - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету Г_1-1; 2 - двояковогнутая линза; 3 - двояковыпуклая линза; при этом линзы 2 и 3 образуют подгруппу Г_1-2; 4 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету (Г₂); 5 - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, 6 - двояковыпуклая линза, 7 - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, при этом линзы 5, 6 и 7 образуют подгруппу Г_3-1; 8 - отрицательный мениск, аналогичный мениску 5; 9 - двояковыпуклая линза, 10 - отрицательный мениск, аналогичный мениску 7, 11 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом линзы 8, 9, 10 и 11 образуют подгруппу Г_3-2. Между группами Г₂ и Г₃ расположена апертурная диафрагма 12.

Конструктивные параметры варианта исполнения объектива следующие:

РадиусыТолщиныМарка стеклаДиаметры поверхн.R1=45,08  38,5 d1=5,0TK21 R2=22,18  31,4 d2=8,0  R3=-3311,0  30,8 d3=5,0ТФ2 R4=27,29  28,4 d4=8,7  R5=159,96  30,4 d5=8,0ТФ2 R6=-41,4  31,1 d6=8,3  R7=-35,4  28,6 d7=8,0OK4 R8=25,59  29,1 d8=25,0  R9=0,0  11,9 d9=13,7  R10=113,18  19,3 d10=5,0К8 R11=26,06  21,2 d11=2,0  R12=30,27  23,5 d12=10,0OK4 R13=-24,77  25,0 d13=1,9  R14=-22,8  25,0 d14=5,0ТФ2 R15=-35,08  28,0 d15=10,0  R16=218,3  31,7 d16=5,0К8 R17=32,66  32,9 d17=3,0  R18=41,86  35,4 d18=12,0ОК4 R19=-29,51  36,0 d19=10,1  R20=-32,06  32,9 d20=5,0ТК21 R21=-73,62  35,3 d21=10,0  R22=137,72  37,8 d22=8,0К8 R23=610,9  38,0

Фокусные расстояния групп линз и их соотношения у данного варианта исполнения следующие:

f₁=-115,9|f₁:f₃|=1,53f₃=75,07|f₁:f_1-1|=1,56f_1-1=-73,79|f_1-2:f₁|=6,1f_1-2=709,2|f₃:f_3-1|=0,67f_3-1=112,02|f₃:f_3-2|=0,44f_3-2=170,14 

Параметры такого варианта исполнения объектива:

- рабочий спектральный диапазон0,5÷0,9 мкм;- фокусное расстояние40,0 мм;- задний фокальный отрезок25,2 мм;- угловое поля зрения54°- линейное поле в пространстве изображений⊘40 мм;- относительное отверстие1:6,0.

Объектив предназначен для работы с ПЗС-приемником. Он дает изображение объектов на приемник ПЗС-матрицы. Поэтому он рассчитан с учетом установки в промежуток S_F' рзащитного стекла оптико-электронного блока, стекла светофильтра и фотоприемника толщиной соответственно 5 мм, 3 мм и 0,4 мм.

Качество изображения объектива характеризуются его ЧКХ.

Так, для частоты N=70 лн/мм контраст изображения составляет порядка:

 Диапазон, мкм0,5÷0,60,6÷0,70,79÷0,9Мер.Саг.Мер.Саг.Мер.Саг.Точка на оси0,670,60,5Середина поля зрения0,580,640,580,580,510,55Край поля зрения0,430,560,380,530,420,46

где мер. - меридианальное сечение;

саг. - сагиттальное сечение.

Телецентрический объектив может быть использован для работы с ПЗС-матрицами. Объектив содержит 11 одиночных линз, сгруппированных в три группы из трех, одной и семи линз по ходу луча: из них линзы 1, 5, 8 и 11 - мениски, обращенные выпуклостью к предмету; 2 - двояковогнутая линза; 3, 6 и 9 - двояковыпуклые линзы, а 4, 7, 9 и 10 - мениски, обращенные вогнутостью к предмету. Фокусных расстояний некоторых групп и подгрупп линз соответствуют соотношениям, приведенным в формуле изобретения. Технический результат - расширение спектрального диапазона и получение высокого качества изображения в единой фокальной плоскости одновременно в трех спектральных диапазонах: Δλ1=0,5-0,6; Δλ2=0,6-0,7; Δλ3=0,79-0,9 мкм. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Телецентрический объектив, содержащий три группы линз: из трех, одной и семи линз по ходу луча, из них первая группа Г₁ включает вторую отрицательную линзу, вторая группа Г₂ - четвертую положительную линзу, третья группа Г₃ - пятую линзу - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, шестую положительную линзу, одиннадцатую положительную линзу, отличающийся тем, что первая и восьмая линзы - отрицательные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, вторая - двояковогнутая, третья, шестая и девятая - двояковыпуклые, четвертая - мениск, обращенный вогнутостью к предмету, седьмая и десятая - отрицательные мениски, обращенные выпуклостью к изображению, одиннадцатая - мениск, обращенный вогнутостью к изображению.2. Телецентрический объектив по п.1, отличающийся тем, что в нем выполняются следующие соотношения:

1,2<|f₁/f₃|<1,8,

1,0<|f₁/f_1-1|<2,0,

4,0<|f_1-2/f₁|<8,0,

0,6<|f₃/f_3-1|<0,8,

0,2<|f₃/f_3-2|<0,49,

где f₁ - фокусное расстояние (ф.р.) группы Г₁ (линзы 1, 2 и 3);

f₃ - ф.р. группы Г₃ (линзы 5-11);

f_1-1 - ф.р. первой линзы Г_1-1;

f_1-2 - ф.р. подгруппы Г_1-2 из 2 и 3 линз;

f_3-1 - ф.р. подгруппы Г_3-1 из 5, 6 и 7 линз;

f_3-2 - ф.р. подгруппы Г_3-2 из 8, 9, 10 и 11 линз.