ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ Российский патент 2010 года по МПК G02B9/62 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с вынесенным входным зрачком, и может быть использовано в наблюдательных приборах и телевизионных обзорных комплексах.

Известен объектив, содержащий пять компонентов, первый из которых - одиночная положительная линза, второй - двояковогнутая линза, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертый - положительная линза, склеенная из двояковыпуклой и менисковой линз, пятый - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Входной зрачок объектива находится вблизи первой поверхности первого компонента (Патент США № 4464024, кл. G02B 9/60, 1984).

Указанный объектив имеет малое относительное отверстие, что препятствует построению на его основе оптической системы телевизионного комплекса, работающего в сумеречных условиях освещенности. Кроме того, отсутствие вынесенного зрачка не позволяет разместить перед объективом светорегулирующее устройство, необходимое для поддержания постоянного уровня освещенности изображения.

Наиболее близким к заявляемому является объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий пять компонентов, первый из которых - положительный, выполненный в виде двусклеенной линзы, второй - двояковогнутая линза, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертый - положительный, выполненный в виде одиночной двояковыпуклой линзы, пятый - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Входной зрачок объектива вынесен на 0,5 мм относительно первой поверхности первого компонента (Патент РФ № 2053530, МПК⁶ G02B 9/60, 1993).

Указанный объектив имеет фокусное расстояние объектива F₀=14 мм, относительное отверстие D₀/F₀=1:1,4 и угловое поле 2W=43°. Объектив ахроматизирован в диапазоне длин волн Δλ=450÷750 нм. На пространственной частоте ν=80 мм^-1 коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля Т_Ц(ν)=0,5; в зоне 0,8 углового поля (2W=35°) Т_К(ν)=0,2. Дисторсия в зоне 0,8 углового поля равна δ=5%.

Недостаток указанного объектива - малое расстояние от входного зрачка до первой поверхности объектива, что не позволяет разместить вблизи входного зрачка устройство для управления световым пучком, например затвор, модулятор, сканер, призму для поворота изображения и т.п.

Так как в плоскости входного зрачка световой пучок имеет минимальные размеры в поперечном сечении, то размещение такого устройства вблизи входного зрачка обеспечивает минимальные его габариты и, соответственно, минимальные габариты всей оптической системы. При построении оптической системы именно габариты часто служат препятствием к использованию таких устройств.

Кроме того, указанный объектив имеет недостаточно высокое качество изображения. Для телевизионных обзорных комплексов нередко требуются высокоразрешающие объективы с разрешение не менее 120 мм^-1, которое указанный объектив не обеспечивает.

Задача настоящего изобретения - увеличение расстояние от входного зрачка до первой поверхности объектива и повышение качества изображения.

Для решения поставленной задачи в объективе с вынесенным входным зрачком, содержащем апертурную диафрагму и пять компонентов, первый из которых - положительный, второй - отрицательный, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертый - положительный, содержащий одиночную двояковыпуклую линзу, пятый - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, новым является то, что первый компонент выполнен в виде одиночной линзы, второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенного из отрицательной и положительной линз, четвертый компонент выполнен в виде двух одиночных линз, первая из которых - двояковыпуклая, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, пятый компонент выполнен отрицательным.

В частном случае в объективе с вынесенным входным зрачком выполнены соотношения:

0,5·F₀<S₀<1,5·F₀;

0,9·F₀<F₄<1,4·F₀;

где S₀ - расстояние от апертурной диафрагмы до первой поверхности первого компонента;

F₄ - фокусное расстояние четвертого компонента;

F₀ - фокусное расстояние объектива.

Представленная конструкция позволяет увеличить расстояние от входного зрачка до первой поверхности объектива и повысить качество изображения.

В частном случае указанные соотношения определяют требования к конструктивным параметрам объектива, позволяющим обеспечить одновременно большое удаление входного зрачка и высокое качество изображения.

Увеличение расстояния от входного зрачка до первой поверхности объектива позволяет разместить вблизи входного зрачка устройство для управления световым пучком, например затвор, модулятор, сканер, призму для поворота изображения и т.п.

На фиг.1 показана оптическая схема объектива, на фиг.2 - рассчитанный коэффициент передачи контраста объектива.

Объектив состоит из последовательно размещенных на оптической оси апертурной диафрагмы 1 и пяти оптических компонентов. Первый компонент - положительный, выполнен в виде одиночной линзы 2. Второй компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, выполнен склеенным из отрицательной линзы 3 и положительной линзы 4. Третий компонент - одиночный положительный мениск 5, обращенный вогнутостью к предмету. Четвертый компонент - положительный, выполнен в виде двух одиночных линз 6 и 7, первая из которых - двояковыпуклая, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Пятый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой линзы 8 и двояковогнутой линзы 9.

В частном случае при этом выполнены соотношения:

0,5·F₀<S₀<1,5·F₀;

0,9·F₀<F₄<1,4·F₀;

где S₀ - расстояние от апертурной диафрагмы до первой поверхности первого компонента;

F₄ - фокусное расстояние четвертого компонента;

F₀ - фокусное расстояние объектива.

Ниже приведен пример конкретного выполнения объектива с вынесенным входным зрачком. В таблице приведены конструктивные параметры объектива - радиусы поверхностей, толщины линз и воздушных промежутков между ними, световые и полные диаметры и марки стекол линз.

Таблица № пов. Радиусы, R, мм Толщины, Т, мм Световые диаметры, D_CB, мм Полные диаметры, D_П, мм Марка стекла 1 34,83 4 17,6 22 СТК19 2 1,E+08 6,5 17,6 22   3 -14,06 2,5 17,8 22 ТФ10 4 -40,55 4,5 20,0 26 ФК11 5 -21,68 0,2 20,2 26   6 -40,55 6,0 20,4 28 СТК19 7 -23,77 0,2 25,8 28   8 40,55 6,0 26,0 28 ФК11 9 -54,45 0,2 25,6 28   10 19,409 5,5 22,4 26 СТК19 11 48,75 0,2 19,6 26   12 14,454 5,5 17,0 19 ФК11 13 -40,55 1,5 14,0 19 ТФ10 14 9,036 4,5 10,2 11  

Апертурная диафрагма размещена на расстоянии S₀=24 мм от первой поверхности объектива. Диаметр апертурной диафрагмы D₀=12,9 мм.

В целях снижения трудоемкости изготовления в указанной конструкции использованы четыре поверхности с одинаковыми радиусами кривизны (R₄=R₆=R₈=R₁₃), и, кроме того, использована одна плоская поверхность (R₂=∞).

Объектив имеет следующие характеристики:

- фокусное расстояние F₀=18,1 мм;

- относительное отверстие D₀/F₀=1:1,4;

- угловое поле зрения 2W=26° (линейное поле 2Y=8,2 мм);

- диапазон длин волн Δλ=450÷650 нм,

- дисторсия на краю поля δ=2,8%.

Коррекция аберраций объектива обеспечивает высокий коэффициент передачи контраста в пределах всего углового поля. На пространственной частоте ν₁=80 мм^-1 коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля Т_Ц(ν₁)=0,6; на краю углового поля Т_К(ν₁)=0,3. Соответственно, на пространственной частоте ν₂=120 мм^-1 коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля Т_Ц(ν₂)=0,4; на краю углового поля Т_К(ν₂)=0,15.

Положительный эффект предлагаемой конструкции объектива заключается в том, что она обеспечивает, по сравнению с прототипом, повышенное качество изображения и увеличенное расстоянии от входного зрачка до первой поверхности объектива. Увеличение удаления входного зрачка дает возможность использовать объектив совместно с устройством для управления световым пучком, например затвором, модулятором, сканером, призмой для поворота изображения и т.п.

Объектив содержит апертурную диафрагму и пять компонентов. Первый - одиночная положительная линза. Второй - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету и склеенный из отрицательной и положительной линз. Третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету. Четвертый - выполнен положительным в виде двух одиночных линз, первая из которых - двояковыпуклая, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Пятый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Технический результат - увеличение расстояние от входного зрачка до первой поверхности объектива и повышение качества изображения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий апертурную диафрагму и пять компонентов, первый из которых положительный, второй - отрицательный, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертый - положительный, содержащий одиночную двояковыпуклую линзу, пятый - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде одиночной линзы, второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенного из отрицательной и положительной линз, четвертый компонент выполнен в виде двух одиночных линз, первая из которых - двояковыпуклая, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, пятый компонент выполнен отрицательным.

2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что для S₀ - расстояния от апертурной диафрагмы до первой поверхности первого компонента, F₄ - фокусного расстояния четвертого компонента, и F₀ - фокусного расстояния объектива выполнены соотношения
0,5·F₀<S₀<1,5·F₀; 0,9·F₀<F₄<1,4·F₀