Фотографический телеобъектив Российский патент 2017 года по МПК G02B13/02 G02B9/64 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве приемного объектива в оптико-электронных приборах, формирующих изображения объектов земной поверхности через реальную атмосферу и работающих с фотоприемными устройствами видимого и ближнего ИК диапазонов в аппаратуре различного назначения, например в аппаратуре аэрофотосъемки или в космической аппаратуре.

Известен объектив апохромат для наблюдения и фотографирования, состоящий из шести линз (С.А. Веселков, Е.Г. Лапухин. Новые светосильные объективы-апохроматы для астрономических исследований. Вестник СибГАУ. №3(49), 2013 г., с. 17-21, рис. 1) с фокусным расстоянием f'=615 мм, относительным отверстием 1:3, линейным полем зрения 52 мм, с хорошим исправлением всех аберраций. Объектив состоит из 6 линз, скомпонованных в два компонента - трехлинзовый объектив и трехлинзовый корректор поля, которые содержат линзы 1 и 4 -двояковыпуклые, линзы 2 и 6 - двояковогнутые, линзу 3 - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, линзу 5 - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению.

Недостатком этого объектива является недостаточное линейное поле зрения (52 мм) и обеспечение коррекции только в видимом диапазоне длин волн (0,486-0,656 мкм).

Наиболее близким по технической сущности является объектив (патент RU 2079863 С1, опубл. 20.05.1997) с фокусным расстоянием f'=2700 мм, относительным отверстием 1:6, линейным полем зрения 230 мм (с угловым полем зрения 4°50'), с хорошим исправлением всех аберраций, состоящий из двух групп линз, первая из которых содержит пять последовательно расположенных по ходу луча линз, первая из которых двояковыпуклая, вторая - двояковогнутая, третья - двояковыпуклая, четвертая - двояковогнутая, пятая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, а вторая группа линз состоит из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Апертурная диафрагма расположена между компонентами. При масштабировании фокусного расстояния этого объектива до величин ~ 440 мм обеспечивается достаточно большое поле зрения с хорошим исправлением всех аберраций.

Недостатком этого объектива является малая величина относительного отверстия (светосила 1:6), а также небольшая величина рабочего температурного диапазона, что снижает устойчивость к воздействию внешних температур.

Задачей настоящего изобретения является повышение светосилы с сохранением приемлемого качества изображения в видимом и ближнем ИК диапазонах в расширенном температурном интервале.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в объективе, содержащем две группы линз, разделенные воздушным промежутком, первая из которых содержит положительную линзу, отрицательную линзу, двояковыпуклую положительную линзу, отрицательную линзу, вторая группа линз содержит положительную и отрицательную линзы, отличающийся тем, что в первой группе линз между первой и второй линзами расположена апертурная диафрагма, первая линза выполнена в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, вторая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, четвертая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, пятая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, во второй группе линз первая линза выполнена в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, вторая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а в первой группе линз пятая линза имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, а в объективе имеет место соотношение:

где Δl_1г5л ^_ величина перемещения по оптической оси пятой линзы в первой группе линз;

ƒ' об - фокусное расстояние объектива.

Схема объектива показана на чертеже.

Объектив состоит по ходу лучей из I и II групп линз, I-я группа линз состоит из выпукловогнутой линзы 1, обращенной выпуклостью к предмету, выпукловогнутой линзы 2, обращенной выпуклостью к предмету, двояковыпуклой линзы 3, выпукловогнутой линзы 4, обращенной выпуклостью к изображению, выпукловогнутой линзы 5, обращенной выпуклостью к предмету, II-я группа линз состоит из выпукловогнутой линзы 6, обращенной выпуклостью к предмету, выпукловогнутой линзы 7, обращенной выпуклостью к предмету и плоскопараллельной пластины 8. При этом линза 5 имеет возможность перемещения вдоль оптической оси.

Апертурная диафрагма расположена в 1-й группе линз между первой 1 и второй 2 линзами.

Конструктивные данные объектива приведены в таблице 1.

При перемещении линзы 5 вдоль оптической оси на величину±0.9 мм осуществляется термокомпенсация положения плоскости наилучшей установки в диапазоне температур от +5 до +35°С.

Таким образом, параметры вариантов исполнения объектива:

расчетная длина волны 0,6 мкм рабочий спектральный диапазон 0,4…0,9 мкм фокусное расстояние 440,2 мм линейное поле зрения 64,0 мм относительное отверстие 1:3,3 дисторсия 0,23% задний фокальный отрезок 46,44 мм длина по оптической оси 491,3 мм масса оптических деталей 2,98 кг

Принцип действия объектива заключается в следующем.

Объектив работает следующим образом.

Световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в бесконечности, проходит через фотографический телеобъектив и изображается в плоскости наилучшей установки, в которой находится фотоприемное устройство (не показано), цифровой сигнал с которого формирует изображение.

Пятая линза 5 в первой группе линз I установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси, которое позволяет компенсировать температурный увод плоскости наилучшей установки.

Величина перемещения пятой линзы 5 в первой группе линз I, достаточная для термокомпенсации смещения ПНУ в диапазоне температур от +5 до +35°С равна ±0,9 мм, что не превышает величину:

В оптическом расчете учтена толщина защитного стекла 8 фотоприемника.

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

- толщину защитного стекла фотоприемника, равную 2,0 мм;

- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива, равную;

0,4 мкм - 0,4;

0,5 мкм - 0,6;

0,6 мкм - 1,0;

0.7 мкм - 1,0;

0,8 мкм - 0,6;

0,9 мкм - 0,3;

- пространственную частоту 100 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника с размером чувствительного элемента, равным 5 мкм), получаем следующие расчетные значения качественных характеристик объектива:

для точки на оси (дифракционное качество) КПК=72,8% для точки на оси (аберрационное качество) КПК=48,4% для точки поля 24 мм КПК_м=51,6% КПКс=40,5% для точки поля 32 мм КПК_м=49,2% КПКс=56,1%

Как видно из расчетов, объектив, при простоте его конструкции, обеспечивает высокую светосилу (1:3,3) и приемлемое качество изображения для оптико-электронных приборов, использующих в качестве фотоприемников линейки или матрицы с размером пикселя до 5 мкм.

Объектив может быть применен в оптико-электронных приборах, работающих в видимом и ближнем ИК диапазонах. Объектив содержит две группы линз. Первая группа состоит из положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, двояковыпуклой линзы, отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету и имеющего возможность перемещения вдоль оптической оси. Между первой и второй линзами первой группы расположена апертурная диафрагма. Вторая группа состоит из положительного и отрицательного менисков, обращенных выпуклостью к предмету. В первой группе пятая линза может перемещаться вдоль оптической оси. Технический результат - повышение светосилы с сохранением приемлемого качества изображения в видимом и ближнем ИК диапазонах в расширенном температурном интервале. 1 ил., 1 табл.

Фотографический телеобъектив, содержащий две группы линз, разделенные воздушным промежутком, первая из которых содержит положительную линзу, отрицательную линзу, двояковыпуклую положительную линзу, отрицательную линзу, вторая группа линз содержит положительную и отрицательную линзы, отличающийся тем, что в первой группе линз между первой и второй линзами расположена апертурная диафрагма, первая линза выполнена в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, вторая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, четвертая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, пятая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, во второй группе линз первая линза выполнена в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, вторая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а в первой группе линз пятая линза имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, а в объективе имеет место соотношение:

,

где Δl_1г5л - величина перемещения по оптической оси пятой линзы в первой группе линз;

- фокусное расстояние объектива.