СВЕТОСИЛЬНЫЙ ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2009 года по МПК G02B9/64 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве объектива к многоканальным приборам со сферическими обтекателями в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Известен светосильный линзовый объектив (US Patent №4,013,347, кл. G02B 5/02, G03B 3/00, 1975 г.), содержащий восемь линз, семь компонентов (второй компонент - склейка из двух одиночных линз). Недостатком этого устройства является наличие асферических поверхностей, что увеличивает трудоемкость изготовления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является светосильный линзовый объектив (US Patent №4,329,024, кл. G02B 9/60, 1978 г.), содержащий восемь линз, сгруппированных в две группы из пяти и трех линз по ходу луча.

Недостатком этого устройства является снижение качества изображения при его установке за сферическим обтекателем со смещением оптической оси объектива относительно оптической оси сферического обтекателя, что делает невозможным размещение двух и более каналов за одним сферическим обтекателем.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение качества изображения при смещении оптической оси объектива относительно оптической оси сферического обтекателя.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в светосильном линзовом объективе, содержащем две группы линз Г₁ и Г₂ по ходу луча из пяти и трех линз соответственно, первая группа Г₁ включает в себя первую положительную, четвертую положительную и пятую отрицательную линзы, вторая группа Г₂ - шестую положительную, седьмую отрицательную и восьмую положительную линзы, при этом, в отличие от известного, первая линза выполнена в виде двояковыпуклой линзы, четвертая линза выполнена в виде одиночной выпукло-вогнутой линзы, пятая - в виде одиночной двояковогнутой линзы, шестая - в виде одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, восьмая - в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к предмету.

Оптическая ось шестой линзы (первой линзы из группы Г₂) смещена с оптической оси объектива в направлении оптической оси сферического обтекателя на величину Y₆=(0,1÷1)·Y, где Y - смещение оптической оси объектива относительно оптической оси сферического обтекателя, а соотношение фокусных расстояний имеет вид:

f₆=(10÷20)·F_об,

где f₆ - фокусное расстояние шестой линзы;

F_об - фокусное расстояние объектива.

Конструктивное исполнение светосильного линзового объектива показано на чртеже.

Объектив располагается за сферическим обтекателем и состоит из восьми одиночных линз, сформированных в группы Г₁ из пяти линз и Г₂ из трех линз.

По ходу луча показаны: сферический обтекатель, 1 - двояковыпуклая линза, 2 и 3 - склейка из положительной и отрицательной линз, 4 - выпукло-вогнутая линза, 5 - двояковогнутая линза, 6 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, светофильтр, 7 - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, 8 - положительная выпукло-вогнутая линза, обращенная выпуклостью к предмету, защитное стекло фотоприемника, при этом линзы 1, 2, 3, 4 и 5 образуют группу Г₁. Апертурная диафрагма располагается на первой поверхности первой линзы объектива, светофильтр располагается между линзой 6 и линзой 7, являющимися в группе линз Г₂ первой и второй линзами соответственно.

Конструктивные параметры варианта исполнения обтекателя приведены в таблице 1:

Таблица 1 Радиусы кривизны, мм Толщина по оси, мм Марка стекла Диаметры поверхностей R_об1=149,97 d_об=5,09 К8 - R_oб2=144,88 -

Расстояние от обтекателя до первой линзы объектива d=5 мм.

Конструктивные параметры варианта исполнения объектива приведены в таблице 2:

Таблица 2 Радиусы кривизны, мм Толщина по оси, мм Марка стекла Диаметры поверхностей R1=78,7 d1=15 TK21 86 R2=-4285 86   d2=1 воздух   R3=80,17 d3=15 TK21 77 R4=-317,7 d4=4 ТФ8 77 R5=40,46     58   d5=2 воздух   R6=41,5 d6=12,5 ТК21 58 R7=205,1 54   d7=4 воздух   R8=-239,9 d8=4 ТФ8 53 R9=90,36 58   d9=46 воздух   R10=-200,4 d10=4 БК8* 46 R11=-164,06 46   d11=4,5 воздух   R12 - плоскость d12=1 КС11 23 R13 - плоскость   (светофильтр) 23   d13=1 воздух   R14=50,35 d14=3 Ф1 21 R15=15,922 15,5   d15=3 воздух   R16=20,8 d16=7 ТФ10 19 R17=23,39 15   d17=10,10121 воздух   R18 - плоскость d18=0,95 К8 (защитное стекло фотоприемника) 9 R19 - плоскость 9 * Оптическая ось линзы смещена на 10 мм в направлении оптической оси обтекателя.

Параметры такого варианта исполнения объектива:

- расчетная длина волны 700 нм; - рабочий спектральный диапазон от 600 до 900 нм; - фокусное расстояние 135 мм; - линейное поле зрения 8 мм; - относительное отверстие 1:1,6.

Принцип действия объектива заключается в следующем. При смещении светосильного объектива относительно оптической оси сферического обтекателя качество изображения становится неудовлетворительным и величина коэффициента передачи контраста на пространственной частоте 50 лин/мм снижается до 10% и менее. Линза 7, являющаяся первой в группе линз Г₂, выполненная в виде положительной вогнуто-выпуклой линзы, обращенной вогнутостью к предмету, компенсирует аберрации, обусловленные смещением оптической оси объектива относительно оптической оси сферического обтекателя за счет смещения оптической оси линзы 7 относительно оптической оси объектива в направлении оптической оси сферического обтекателя на величину Y₆=(0,1÷1)·Y, где Y - смещение оптической оси объектива относительно оптической оси сферического обтекателя.

Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая:

- толщину защитного стекла фотоприемника, равную 0,95 мм;

- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности ПЗС приемника и светопропускания объектива:

- 0,1 на длине волны 600 нм;

- 0,83 на длине волны 700 нм;

- 0,5 на длине волны 800 нм;

- 0,24 на длине волны 900 нм,

получаем следующие расчетные значения КПК в меридиональном и сагиттальном сечении для пространственной частоты 50 лин/мм:

- точка на оси КПК_М=57,4%   КПК_С=57,0%, - точка поля 3,0 мм от центра   изображения (к оси обтекателя) КПК_М=54,0%   КПК_С=53,0%, - точка поля 3,25 мм от центра   изображения (к оси обтекателя)   и 2,45 мм вниз от центра изображения КПК_М=49,2%   КПК_С=48,3%, - точка поля 3,25 мм от центра   изображения (от оси обтекателя)   и 2,45 мм вниз от центра изображения КПК_М=51,1%   КПК_С=48,6%,

где КПК_М - коэффициент передачи контраста в меридиональном сечении;

КПК_С - коэффициент передачи контраста в сагиттальном сечении.

Как видно из расчетов, объектив обеспечивает приемлемое качество изображения для приборов, использующих в качестве приемного устройства ПЗС фотоприемник, и позволяет устанавливать за одним сферическим обтекателем дополнительные оптико-электронные каналы.

Объектив может быть использован в устройствах с ПЗС фотоприемником и сферическим обтекателем. Объектив содержит две группы линз по ходу луча из пяти и трех линз соответственно. Первая группа включает первую положительную одиночную выпукло-вогнутую линзу, четвертую положительную и пятую одиночную двояковогнутую линзы. Вторая группа содержит шестую в виде одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, седьмую отрицательную линзу и восьмую положительную выпукло-вогнутую линзу, обращенную выпуклостью к предмету. При расположении объектива за сферическим обтекателем со смещением с его оптической оси оптическая ось шестой линзы может быть смещена с оптической оси объектива в направлении оптической оси сферического обтекателя, за которым устанавливается объектив, на величину Y₆=(0,1÷1)·Y, где Y - смещение оптической оси объектива относительно оптической оси сферического обтекателя, а соотношение фокусных расстояний имеет вид: f₆=(10÷20)·F_об, где f₆ - фокусное расстояние шестой линзы; F_об - фокусное расстояние объектива. Технический результат - обеспечение качества изображения при смещении оптической оси объектива относительно оптической оси сферического обтекателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Светосильный линзовый объектив, содержащий две группы линз Г₁ и Г₂ по ходу луча из пяти и трех линз соответственно, из них первая группа Г₁ включает в себя первую положительную, четвертую положительную и пятую отрицательную линзы, вторая группа Г₂ - шестую положительную, седьмую отрицательную и восьмую положительную линзы, отличающийся тем, что первая линза выполнена в виде одиночной выпукло-вогнутой линзы, пятая - в виде одиночной двояковогнутой линзы, шестая - в виде одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, восьмая - в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к предмету.

2. Светосильный линзовый объектив по п.1, отличающийся тем, что при расположении объектива за сферическим обтекателем со смещением с его оптической оси, оптическая ось шестой линзы (первой линзы из группы линз Г₂) смещена с оптической оси объектива в направлении оптической оси сферического обтекателя, за которым устанавливается объектив, на величину
Y₆=(0,1÷1)·Y,
где Y - смещение оптической оси объектива относительно оптической оси сферического обтекателя,
а соотношение фокусных расстояний имеет вид:
f₆=(10÷2)·F_об,
где f₆ - фокусное расстояние шестой линзы;
F_об - фокусное расстояние объектива.