ТЕЛЕЦЕНТРИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ЗРАЧКОМ Российский патент 2023 года по МПК G02B9/60 G02B13/22 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве объектива коллиматора в составе испытательной аппаратуры для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальных матриц.

Известен объектив с вынесенным зрачком (патент SU 1280558, МПК⁷ G02B 9/34, опубл. 30.12.1986 г.), содержащий отрицательный мениск, положительный мениск и две положительные линзы, склеенные из двояковогнутых линз и отрицательных менисков. Объектив предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,5…0,8 мкм; фокусное расстояние объектива f''=180 мм; относительное отверстие 1:3,6; диаметр входного зрачка D=50 мм; угловое поле зрения 2ω=2°. Вынос входного зрачка от первой поверхности составляет 140 мм.

Недостатком объектива является небольшой диаметр входного зрачка, приводящий к виньетированию наклонных пучков лучей при использовании его для испытания оптико-электронных систем, имеющих большой входной диаметр.

Также известен светосильный объектив с вынесенным зрачком (патент RU 2053531, МПК⁷ G02B 9/60, опубл. 27.01.1996 г.), который содержит первый компонент, выполненный в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент - положительный мениск, третий компонент, выполненный склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, четвертый компонент, выполненный в виде двояковыпуклой линзы и пятый компонент, выполненный в виде двояковогнутой линзы. Объектив предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,47…0,6 мкм; фокусное расстояние объектива f''=93 мм; относительное отверстие 1:1,5; диаметр входного зрачка D=62 мм; угловое поле зрения 2ω=14°. Вынос входного зрачка от первой поверхности составляет 120 мм.

К недостаткам этого объектива можно отнести малое фокусное расстояние и небольшой диаметр входного зрачка, что также не позволяет использовать его в качестве объектива коллиматора для испытания оптико-электронных систем с большим входным диаметром.

Наиболее близким к заявляемому объективу по технической сущности, принятым за прототип, является объектив с вынесенным зрачком, представленный в патенте на полезную модель RU 121091, МПК⁷ G02B 9/60, опубл. 10.10.2012 г. Объектив предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,68…0,82 мкм и состоит из четырех компонентов, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент отрицательный и выполнен склеенным из положительного и отрицательного менисков, между третьим и четвертым компонентами введен отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов. Толщина первого компонента составляет 0,1 фокусного расстояния объектива, сумма оптических сил компонентов не превышает 0,002 мм^-1.

Фокусное расстояние объектива f''=320,6 мм; относительное отверстие 1:4; диаметр входного зрачка D=80 мм; длина объектива L=436,6 мм; входной зрачок удален от первой поверхности объектива на расстояние не менее 60 мм.

К недостаткам данного объектива можно отнести малое относительное отверстие, не обеспечивающее диаметр входного зрачка, необходимый для оптимального согласования с испытуемой оптико-электронной системой.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение диаметра входного зрачка объектива за счет увеличения относительного отверстия при высоком качестве изображения по всему полю зрения.

Поставленная задача решается за счет того, что в телецентрическом объективе, с вынесенным зрачком, состоящем из последовательно расположенных вдоль оптической оси четырех компонентов, третий из которых положительный, а четвертый - отрицательный, содержащий положительную и отрицательную выпукло-вогнутые линзы, в соответствии с изобретением первый и третий компоненты выполнены в виде двояковыпуклой линзы, второй - в виде двояковогнутой линзы, а линзы четвертого компонента разделены воздушным промежутком.

На фигуре 1 представлена оптическая схема телецентрического объектива с вынесенным зрачком с ходом лучей.

На фигуре 2 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ).

На фигуре 3 представлены графики модуляционной передаточной функции (МПФ).

На фигуре 4 представлен график дисторсии.

Телецентрический объектив с вынесенным зрачком состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси четырех компонентов, первый 1 из которых выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй 2 выполнен в виде двояковогнутой линзы, третий 3 выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый 4 отрицательный компонент содержит первую 4 (1) положительную и вторую 4 (2) отрицательную выпукло-вогнутые линзы, разделенные воздушным промежутком.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемого объектива.

Конструктивные параметры конкретного примера исполнения телецентрического объектива с вынесенным зрачком приведены в таблице 2.

Телецентрический объектив с вынесенным зрачком работает следующим образом. Излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через входной зрачок, расположенный на расстоянии 250 мм от первой поверхности объектива и попадает на первую поверхность первого 1 компонента, проходит через линзы компонентов 1-4, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами и материалами линз, и фокусируется в фокальной плоскости объектива.

Как следует из таблицы 1, относительное отверстие заявляемого объектива 1:1,77, диаметр входного зрачка 130 мм, что больше по сравнению с прототипом соответственно в 2,25 и в 1,6 раза и обеспечивает оптимальное согласование с испытуемой системой.

Заявляемый объектив может быть использован в составе испытательной аппаратуры для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальной матрицы, установленной в фокальной плоскости объектива и имеющей размер каждого микрозеркала 10,8×10,8 мкм, позволяющий оценить качество изображения, формируемого объективом.

Из представленных на фигурах 2 и 3 графиков следует, что значения ФКЭ в пятне рассеяния лучей 10,8 мкм, соответствующем размеру микрозеркала матрицы, близки к дифракционным по всему полю зрения, а значения МПФ для 50 мм^-1 близки к дифракционным в центре поля зрения и незначительно отличаются на краю поля зрения, а из представленного на фигуре 4 графика следует, что дисторсия по всему полю зрения не превышает 0,3%, что говорит о высоком качестве изображения заявляемого объектива.

Увеличение относительного отверстия объектива при высоком качестве изображения в пределах всего поля зрения обеспечивается выбором конструктивного исполнения компонентов и их взаимным расположением.

В заявляемом объективе входной зрачок удален от первой поверхности на расстояние 250 мм, что обеспечивает телецентрический ход главных лучей и создает равномерную освещенность плоскости изображения, обеспечивающую высокое качество изображения по всему полю зрения.

Таким образом, выполнение телецентрического объектива с вынесенным зрачком в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет увеличить диаметр входного зрачка за счет увеличения относительного отверстия при обеспечении высокого качества изображения по всему полю зрения, что позволяет использовать его для испытания оптико-электронных систем с большим входным диаметром.

Объектив может быть использован в качестве объектива коллиматора в испытательной аппаратуре для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальных матриц. Телецентрический объектив с вынесенным зрачком состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси четырех компонентов, первый и третий из которых выполнены в виде двояковыпуклой линзы, второй выполнен в виде двояковогнутой линзы, четвертый отрицательный компонент содержит первую положительную и вторую отрицательную выпукло-вогнутые линзы, разделенные воздушным промежутком. Технический результат - увеличение диаметра входного зрачка за счет увеличения относительного отверстия при обеспечении высокого качества изображения в пределах всего поля зрения. 4 ил., 2 табл.

Телецентрический объектив с вынесенным зрачком, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси четырех компонентов, третий из которых положительный, а четвертый - отрицательный, содержащий положительную и отрицательную выпукло-вогнутые линзы, отличающийся тем, что первый и третий компоненты выполнены в виде двояковыпуклой линзы, второй - в виде двояковогнутой линзы, а линзы четвертого компонента разделены воздушным промежутком.