Широкоугольный телевизионный объектив Советский патент 1993 года по МПК G02B9/64 G02B11/34 G02B13/04 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к линзовым телевизионным объективам, м может быть использовано в электронной аппаратуре и робототехнике, преимущественно, при работах в условиях мощного радиационного облучения. ./ ... . ..-. .. -.:

Использование робототехнических комплексов и устройств с высококачественными электронно-лучевыми трубками минимальных габаритов(например, трубка типа Муслин с приемной площадкой 6,,8) в особых условиях работы, а именно в условиях мощного радиационного облучения, например, при работах по ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС, потребовало создания специальных короткофокусных (порядка 7-8 мм) объективов, обладающих большой светосилой (от 1:2 до 1:1,5), большими углами поля зрения (не ниже 70°) и имеющих высокое качество изображения по всему полю зрения. Так, контраст для центра поли зрения должен быть порядка 0,7-0,8 на частоте 30 л/мм, а для края поля зрения на той же частоте - не хуже 0,4 (см. ТЗ на ОКР Феникс-0. Кроме того, все компоненты таких объективов должны быть выполнены из специального материала, имеющего большой коэффициент стойкости к мощному радиационному облучению, например, стекла серим 200 (ОСТ 3-3677-82). Таких объективов.в отечественной промышленности в настоящее время нет.

Известны объективы из стекол серии 200, например, Ж-49, Ж-50, Ж-51, ОГТ 101, выпускаемые на нашем предприятии. Однако они имеют недостаточно высокий контраст на частоте 30 л/мм (для центра/поля не более 0,5, для края, как правило не выше О,;)...-.- .

Известны широкоугольные светосильные телевизионные объективы содержащие в конструкции от 8 до 16 линз, обладающие .довольно высоким качеством изображения в центре поля. Однако качество изображения по всему полю не соответствует предъявляемым требосаниям, у ряда объективов величина поля зрения и относительно отверстия не достигают требуемых по услови- ям работы значений, Эти объективы выполнены из обычных марок стекол, а в условиях мощного радиационного облучения такое стекло быстро темнеет, т.е. меняет свою плотность, и объектив выходит из строя буквально через 2-3 часа работы.

Наиболее близким к предлагаемому по конструкции и качеству изображения является объектив, который и выбран в качестве прототипа. Это короткофокусный широкоугольный объектив со сравнительно большой апертурой, работающий э видимом диапазоне длин волн. Объектив состоит из передней рассеивающей группы линз и задней собирающей группы, разделенных

большим воздушным промежутком, .Объектив содержит семь компонентов, первый из которых - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости предметов, второй - отрицательный, третий

и пятый - одиночные положительные, четвертый - одиночная двояковыпуклая линза, шестой - отрицательный и содержит двояковогнутую линзу. Между шестым и седьмым компонентами расположена

апертурная диафрагма. Относительное отверстие объектива 1:1,8, угловое поле зрения 2/3 53°, что недостаточно для эффективной работы телевизионной камеры в составе робототехнического комплекса. Качество изображения объектива также не соответствует требованиям работы совместно с ЭЛТ - контраст на краю поля на частоте 30 л/мм при работе в заданном диапазоне не превышает 0,1.

Целью изобретения является повышение качества изображения по всему полю зрения при одновременном увеличении поля зрения в условиях мощного радиационного облучения.

Поставленная цель достигается тем, что в объективе, состоящем их семи компонентов, перед первым компонентом установлены два положительных мениска, обращенные выпуклостью к пространству

предметов, второй компонент объектива выполнен в виде одиночной двояковогнутой линзы, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображений, пятый компонентв виде двояковыпуклой линзы, в шестом компоненте двояковогнутая линза склеена с двояковыпуклой линзой, а двояковыпуклая линза седьмого компонента выполнена склеенной из отрицательного мениска и

двояковыпуклой линзы, причем суммарная оптическая сила введенных положительных менисков и оптическая сила двояковогнутой одиночной линзы составляет, соответственно, (0,1-0,15) и (0,5-0,7) величины оптиче0 ской силы объектива, а толщина шестого компонента по оптической оси составляет (0,7-1) фокусного расстояния объектива, Кроме того, все компоненты объектива выполнены из радиационно стойкого стекла.

5 Введение менисков, их расположение в схеме, ориентация их поверхностей, а также форма выполнения второго компонента позволяет исправить кривизну изображения для увеличенного по сравнению с известны ми объективами угла поля зрения, устранить

аберрации широкого наклонного пучка. Кроме того, указанная форма выполнения второго компонента позволяет дополнительно исправить сферическую аберрацию и астигматизм высших порядков. Выполне- ние шестого и седьмого компонентов обес- печивает устранение в объективе остаточного хроматизма. Выполнение шестого компонента с указанной в формуле тол- щиной обеспечивает устранение остаточного астигматизма III порядка. Невыполнение указанных в формуле соотношений приводит к значительному увеличению кривизны изображения и увеличению астигматизма высших порядков. При этом сферическая аберрация осевого пучка увеличивается незначительно а сферическая аберрация широких наклонных пучков увеличивается весьма ощутимо. При изменении толщины двусклеенной линзы внеуказзнных пределов, не представляется возможным исправить резко возрастающий астигматизма III порядка, т.е. при невыполнений указанных соотношений невозможно провести компенсацию аберраций наклон- ных пучков и получить высокое качество по всему полю изобретения. Таким образом, в заявляемом объективе получен высокий контраст по всему полю изображения.

Сущность изобретения поясняется чер- тежом, на котором изображена оптическая схема предлагаемого объектива.

Предлагаемый объектив содержит защитное стекло 1, два положительных мениска 2, 3, установленных перед пергым компонентом 4, второй компонент 5 выполнен в виде двояковогнутой линзы, третий, четвертый и пятый компоненты 6,7,8, выполненные в виде положительных линз, шестой 9, 10 и седьмой 11,12, выполненные в виде двусклеенных линз, и приемную площадку 13 электронно-лучевой трубки.

В конкретном примере выполнения заявляемый объектив имеет фокусное расстояние 7,7 мм, фокусное расстояние вводимых положительных менисков 67,11 мм, а фокусное расстояние двояковогнутой линзы - 13,14 мм, толщина по оси шестого компонента 6,9 мм. Все линзы выполнены из стекол серии 200..

При работе объектива свет, отраженный от исследуемого объекта проходит через объектив, который строит изображение в плоскости катода ЭЛТ, откуда оно в увеличенном виде передается на экран видеокон- трольного устройства и анализируется исследователем.

Как следует из Приложения, получен телевизионный короткофокусный объектив,

обладающий высоким качеством изображения по всему полю зрения и имеющий возможность работы преимущественно в условиях мощной радиации. Конструкция заявляемого объе. тива позволяет выполнить его из обычных стекол, при этом объектив может работать в обычных условиях как высококачественный телевизионный объектив с высоким качеством по всему полю зре- ния.Заявляемый объектив ахроматизирован в диапазоне длин волн от 547 нм до 750 нм. Продольная сферическая аберрация не превышает 0,06 мм, что на порядок меньше, чем у прототипа, а астигматизм равен 0,07 мм, что также на порядок лучше, чем у прототипа. На заданной частоте 30 л/мм контраст изображения в центре и на краю поля зрения составляет величину 0,7 и 0,1 соответственно, в то время как в прототипе на такой частоте контраста центре поля равен 0,5, к на краю 0,05.

Формула изобретения .

Широкоугольный елевизионный объектив, содержащий ceMj компонентов, первый из которых - г диночный о-рицат.ельный мениск, обращек 1ый выпуклостью к пространству предм тов, второй - отрицатель- ный, третий и пятый - одиночные положительные четвертый - одиночная двояковыпукла; линза, шестой - отрицательный и сод ржит двояковогнутую линзу, седьмой - двояковыпуклая линза, причем между шесте м и седьмым компонентами размещена миафрагма, отличающийся, тем, что, с цзлью повышения качества изображения по зсему полю зрения с одновременным увеличением поля зрения в условиях мощного радиационного облучения, в нем перед первым компонентом установлены последовательно два положительных мениска, обращенные выпуклостью к пространству предметов, второй комлонент выполнен в виде одиночной двояковогнутой линзы, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображения, пятый компонент - в виде двояковыпуклой линзы, в шестом компоненте двояковогнутая линза склеена с двояковыпуклой линзой, а двояковыпуклая линза седьмого компонента выполнена склеенной из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, причем суммарная оптическая сила введенных по-, ложительных менисков и оптическая сила двояковогнутой единичной линзы составляет соответственно 0,1-0,15 и 0,5-0,7 величины оптической силы объектива, а толщина . шестого компонента по оптической оси со-.

ставляет 0,7-1 фокусного расстояния обьек- выполнены из радиационно стойкого стек- тива, при этом все оптические компоненты ла.

Использование: в оптическом приборостроении, преимущественно в условиях работы с мощным радиационным облучением. Сущность изобретения заключается в том, что объектив содержит защитное стекло 1, два положительных мениска 2, 3, установленных перед первым компонентом 4, второй компонент 5 выполнен в виде двояковогнутой линзы, третий, четвертый и пятый компоненты 6,7,8, выполненные в виде положительных линз, шестой 9,10 и седьмой 11,12 компоненты, выполненные в виде двусклеенных линз, и приемную площадку 13 электронно-лучевой трубки. Угол поля звена объектива -70°С, максимальное относительное отверстие 1:2, объектив акрома- тизирован.в диапазоне длин волн 547-750 нм, 1 ил.