Мозаичный объектив Советский патент 1992 года по МПК G02B6/00 

Изобретение относится к области оптических систем и может быть идпользовано в кино- и фотоаппаратуре, устройствах ориентации и т.п.

Разработаны особоширокоугольные объективы, например Руссар-38. Руссар- 62 и др. 1.

Недостатками этих объективов является сильное падение освещенности изображения на краю поля зрения, а также необходимость использования для решения поставленной задачи несферических поверхностей.

Прототипом изобретения является устройство, предназначенное для определения положения удаленного источника света 2.

Оптическая схема этого устройства представляет собой объектив, выполненный из двух компонентов. Первый компонент - светопреломляющий шар, на задней поверхности которого формируется изображение бесконечно удаленных источников. Второй компонент объектива - волоконно-оптический элемент со сферической вогнутой торцовой поверхностью, совпадающей с задней поверхностью первого компонента. У свободных концов волокон размещены фотоприемники, формирующие сигналы изображения определенной части пространственного угла.

Недостатком прототипа являются большие аберрационные искажения формируеVJ VI 00

VJ

со

мого изображения, обусловленные тем, что при особо широком угле поля зрения объектива большую роль играют полевые аберрации.

Целью изобретения является уменьшение полевых аберраций особоширокоуголь- ного объектива и повышение качества создаваемого им изображения.

Цель достигается тем, что первый компонент объектива выполняется со второй вогнутой поверхностью в виде блока градиентных линз. Каждая отдельная градиентная линза строит изображение небольшой части бесконечно удаленного предмета. Соседняя градиентная линза строит изображение соседней небольшой части предмета с определенным перекрытием. Благодаря тому, что значение увеличения одинаково для всех градиентных линз, перекрывающиеся части изображения совпадают и все линзы в совокупности формируют единое цельное изображение всего бесконечно удаленного предмета.

Каждая отдельная градиентная линза строит небольшую часть изображения и имеет небольшой угол поля зрения и поэтому - небольшие полевые аберрации. За счет этого обеспечивается общее хорошее качество изображения. Однородность освещенности изображения по полю достигается тем, что все участки изображения имеют одинаковые условия освещенности, при которых устраняется геометрическое виньетирование. Оптические оси всех градиентных линз пересекаются в одной точке, совпадающей с центром кривизны поверхностей первого компонента объектива. Второй компонент объектива - волоконно-оп,тический элемент выполнен с передней сферической поверхностью, совпадающей с поверхностью формируемого первым компонентом изображения - как в прототипе. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Поверхность изображения находится между задними торцами градиентных линз и центром объектива. Формируемое изображение - прямое. На чертеже обозначено: 1 и 3 - две соседние градиентные линзы; 2 и 4 - частично перекрывающиеся элементы изображения, формируемого соответственно линзами 1 и 3.; 5 - волоконно-оптический элемент; 6 - первый компонент объектива (блок градиентных линз); 0 - центр объектива. Устройство содержит сферообразный блок 6, составленный из отдельных градиентных линз, например 1 и 3. Оптические оси соседних линз наклонены под углом Д у друг к другу и пересекаются в центре т. О объектива. Расстояние между задними торцами градиентных линз и центром т. О

объектива равно гт. На площадке 2 изображение формируется линзой 1, а на площадке 4 - линзой 3. Совокупность всех изображений, формируемых всеми градиентными

линзами, входящими в блок, покрывает собой выпуклую сферическую поверхность волоконно-оптического элемента 5 с радиусом Гц. Это обеспечивается соответствующим выбором длины d градиентных линз.

0 Расчетные формулы для выбора параметров мозаичного градиентно-оптического объектива взяты из книги Расчет оптических систем лазерных приборов. И.И.Пахо- мов и А.Б.Цибуля. М.: Радио и связь, 1986.

5 Зависимость величины показателя преломления п в градиентной линзе от радиальной координаты Y представляется зависимостью:

п(У)/пд 1 - 0,5Ф2ДУ2(1)

0 где пд - показатель преломления на оптической оси линзы;

Фд- постоянная распространения градиентной линзы.

В описываемом устройстве каждая гра5 диентная линза строит прямое изображение бесконечно удаленного предмета, т.е. задняя фокальная плоскость этой линзы является действительной, а ее фокусное расстояние - отрицательным. Такое необычное

0 сочетание свойств линзы достигается тем. что ее длина d удовлетворяет условию:

лг/Фд Зл72Фд(2)

Расстояние t между задними торцами

градиентных линз и передней поверхно5 стью волоконно-оптического элемента равно заднему вершинному фокусному отрезку линзы, т.е.:

т (п7пдФд)«д(йФд)(3)

где п - показатель преломления среды, за0 полняющей пространство между градиентными линзами и волоконно-оптическим элементом. В случае воздуха п 1.

Волоконно-оптический элемент 5 представляет собой блок регулярно уложенных

5 двухслойных волокон, оси которых параллельны оси симметрии объектива. Передняя поверхность этого элемента-выпуклая сферическая с радиусом кривизны ги, а задняя - плоская. Этот элемент преобразует изо0 бражение. расположенное на сферической поверхности (имеющее большую кривизну поля), в изображение, расположенное на плоской поверхности (имеющее большую дисторсию, как всегда в случае особо широ5 коугольных объективов).

Каждая отдельная градиентная линза строит изображение таким образом, что любые две сопряженные точки предмета и изображения находятся на одной прямой, проходящей через центр 0 объектива. Благодаря этому перекрывающиеся части изображений (например, 2 и 4), создаваемые двумя соседними градиентными линзами (например, 1 и 3), совпадают. То есть вся совокупность градиентных линз, входящих в мозаичный градиентно-оптический объектив, формирует единое изображение бесконечно удаленного предмета на одной выпуклой сферической поверхности с центром в центре объектива.

При необходимости электронной обработки изображения осуществляется волоконная разводка с помощью волоконно-оптических жгутов или моноволокон от разных зон изображения к различным фотоприемникам.

Описанный объектив имеет поле зрения, приближающееся к 2 л стерадиан, и может быть использован в кино- и фотоаппаратуре, в системах ориентации.

Формула изобретения

Мозаичный объектив, содержащий первый компонент со сферическими поверхностями, при этом первая поверхность выполнена выпуклой, второй компонент,

выполненный в виде волоконно-оптического элемента с передней сферической поверхностью, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изображения,

первый компонент выполнен с второй вогнутой поверхностью в виде блока градиент- ных линз, оптические оси которых пересекаются в точке, совпадающей с центром кривизны передней поверхности волоконно-оптического элемента, которая выполнена выпуклой, а длина d каждой градиентной линзы удовлетворяет условию п /Фд d 3 п /2ФД, где Фд - постоянная распространения градиентной линзы,

причем расстояние t между задними торцами градиентных линз и передней поверхностью волоконно-оптического элемента определяется из выражения t (п7пдФд)с1д(с1Фд), где п1 - показатель преломления среды, заполняющей пространство между градиентными линзами и волоконно-оптическим элементом: пд - показатель преломления на оптической оси градиентной линзы.

Использование: фотоаппаратура устройства самонаведения и ориентации. Сущность изобретения: объектив содержит первый компонент, выполненный в виде блока градиентных линз со сферическими поверхностями, при этом первая поверхность выпуклая, а вторая - вогнутая, второй компонент, выполненный в виде волоконнооптического элемента с передней выпуклой сферической поверхностью. Оптические оси градиентных линз пересекаются в точке, совпадающей с центром кривизны передней поверхности волоконно-оптического элемента, длина d каждой градиентной линзы удовлетворяет условию Jt/Фд d 3 п /2ФД, где Фд- постоянная распространения градиентной линзы, расстояние между задними торцами градиентных линз и передней поверхностью волоконно-оптического элемента определяется из выражения п /ПдФдЭстдСо Фд), где п - показатель преломления среды, заполняющей пространство между градиентными линзами и волоконно-оптическим элементом; пд - показатель преломления на оптической оси градиентной линзы. 1 ил, (Л С

г