RU2635810C1 - Фотографический объектив - Google Patents

Abstract

Объектив может быть применен в оптико-электронных приборах, работающих в видимом, ближнем и коротковолновом ИК диапазонах. Объектив содержит два компонента, между которыми расположена апертурная диафрагма. Первый компонент содержит двояковыпуклую и двояковогнутую линзы. Второй компонент содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, две двояковыпуклые линзы и три отрицательных мениска, обращенных выпуклостью к изображению. Группа из трех первых линз второго компонента может перемещаться вдоль оптической оси. Технический результат - увеличение линейного поля зрения и расширение спектрального диапазона с сохранением качества изображения в видимом, ближнем и коротковолновом ИК диапазонах в расширенном температурном интервале. 1 ил., 1 табл.

Description

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 без перефокусировки с фотоприемными устройствами видимого, ближнего и коротковолнового ИК диапазонов в аппаратуре различного назначения, например в космической аппаратуре.

Известен телеобъектив коллиматора для ближней ИК области спектра, состоящий их двух компонентов с расположением апертурной диафрагмы перед первой линзой первого компонента (патент RU 2247416 С1, опубл. 27.02.2005) с расширенным спектральным диапазоном, с фокусным расстоянием f'=599,91 мм, относительным отверстием 1:7,5, линейным полем зрения 72 мм (при угловом поле зрения 2W=6°54'), с хорошим исправлением всех аберраций. Объектив состоит из 8 линз, скомпонованных в два компонента, первый компонент - шестилинзовый, второй - двухлинзовый, первый компонент содержит линзы 1, 3 и 5 - двояковыпуклые, линзы 2, 3 и 6 - двояковогнутые, второй компонент содержит двояковогнутую линзу 7 и двояковыпуклую линзу 8.

Недостатком этого объектива является малый спектральный диапазон (600-1000 нм) и небольшая величина относительного отверстия (1:7,5).

Наиболее близким по технической сущности является фотографический объектив (патент RU 2183028 С1, опубл. 27.05.2002) с фокусным расстоянием f'=192,5 мм, относительным отверстием 1:4,8, линейным полем зрения 58 мм (при угловом поле зрения 2W=17°), с хорошим исправлением всех аберраций в видимом и ближнем ИК диапазонах длин волн (540-900 нм), состоящий из двух компонентов, первый из которых по ходу лучей содержит первый и второй положительные мениски, третий отрицательный мениск, обращенные вогнутостью к изображению, и положительную двояковыпуклую линзу. Второй компонент содержит первую и вторую отрицательные двояковогнутые линзы, третью положительную двояковыпуклую линзу и четвертую в виде или положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, или в виде двояковыпуклой положительной линзы.

Недостатком этого объектива является малый спектральный диапазон (540-900 нм), отсутствие коротковолнового ИК диапазона и недостаточное линейное поле зрения (58 мм при угловом поле зрения 2W=17°).

Задачей настоящего изобретения является увеличение линейного поля зрения и расширение спектрального диапазона, включая коротковолновый ИК с сохранением одновременно приемлемого качества изображения в видимом, ближнем ИК (400-900 нм) и коротковолновом ИК диапазонах (1500-1700 нм) в расширенном температурном интервале.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в объективе, состоящем из двух компонентов, состоящих из последовательно расположенных одиночных линз, первый компонент содержит положительную линзу, второй компонент содержит четыре одиночные линзы, первая из которых отрицательная, третья - двояковыпуклая, отличающийся тем, что содержит апертурную диафрагму, расположенную между компонентами, первый компонент выполнен из двух линз, первая линза которого выполнена в виде двояковыпуклой положительной линзы, а вторая - в виде двояковогнутой отрицательной линзы, первая линза второго компонента выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, вторая - в виде положительной двояковыпуклой линзы, четвертая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и второй компонент дополнен двумя отрицательными менисками, обращенными выпуклостью к изображению, а группа из первых трех линз второго компонента имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, а в объективе имеет место соотношение:

где Δl_гЗk2 - величина перемещения по оптической оси группы из первых трех линз второго компонента;

- фокусное расстояние объектива.

Схема объектива показана на чертеже.

Объектив состоит по ходу лучей из двояковыпуклой линзы 1, двояковогнутой линзы 2, выпукловогнутой линзы 3, обращенной вогнутостью к изображению, двояковыпуклой линзы 4, двояковыпуклой линзы 5, выпукловогнутой линзы 6, обращенной выпуклостью к изображению, выпукловогнутой линзы 7, обращенной выпуклостью к изображению, выпукловогнутой линзы 8, обращенной выпуклостью к изображению и плоскопараллельной пластины 9. При этом группа линз 3, 4 и 5 имеет возможность перемещения вдоль оптической оси.

Апертурная диафрагма расположена между линзами 2 и 3.

Конструктивные данные объектива приведены в таблице 1.

При перемещении группы линз 3, 4 и 5 вдоль оптической оси на величину ±0,158 мм осуществляется термокомпенсация положения плоскости наилучшей установки (ПНУ) в диапазоне температур от +5 до +35°С.

Таким образом, параметры вариантов исполнения объектива:

расчетные длины волн	λ1=0,6 мкм и
	λ2=1,6 мкм
рабочие спектральные диапазоны	Δλ1=0,4…0,9 мкм и
	Δλ2=1,5…1,7 мкм
фокусное расстояние	300,00 мм (λ1) и
	300,02 мм (λ2)
линейное поле зрения	64,0 мм
относительное отверстие	1:3,5;
дисторсия	0,61% (λ1) и
	0,62% (λ2)
задний фокальный отрезок	32,3434 мм (λ1) и
	32,3778 мм (λ2)
задний отрезок до стекла фотоприемника,
обеспечивающий положение ПНУ	32,1267 мм (для λ1 и λ2)
длина по оптической оси	365,8 мм
масса оптических деталей	1,68 кг

Принцип действия объектива заключается в следующем. Объектив работает следующим образом.

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

Группа линз 3, 4 и 5 второго компонента установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси, которое позволяет компенсировать температурный увод плоскости наилучшей установки.

Величина перемещения группы линз 3, 4 и 5 второго компонента, достаточная для термокомпенсации смещения ПНУ в диапазоне температур от +5 до +35°С, равна 0,158 мм, что не превышает величину:

В оптическом расчете учтена толщина защитного стекла 9 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:

- в видимом и ближнем ИК диапазонах:

0,40 мкм - 0,4;

0,50 мкм - 0,6;

0,60 мкм - 1,0;

0,70 мкм - 1,0;

0,80 мкм - 0,6;

0,90 мкм - 0,3;

- в коротковолновом ИК диапазоне:

1,50 мкм - 0,5;

1,55 мкм - 0,7;

1,60 мкм - 1,0;

1,65 мкм - 0,7;

1,70 мкм - 0,5;

- пространственную частоту 100 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника с размером чувствительного элемента, равным 5 мкм) для видимого и ближнего ИК диапазонов;

- пространственную частоту 40 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника с размером чувствительного элемента, равным 12,5 мкм) для коротковолнового ИК диапазона, получаем следующие расчетные значения качественных характеристик объектива:

в видимом и ближнем ИК диапазонах:

для точки на оси (дифракционное качество)	КПК=70,3%
для точки на оси (аберрационное качество)	КПК=50,5%
для точки поля 22 мм	КПКM=48,9%
	КПКC=56,4%
для точки поля 32 мм	КПКM=43,9%
	КПКC=50,4%

в коротковолновом ИК диапазоне:

для точки на оси (дифракционное качество)	КПК=70,6%
для точки на оси (аберрационное качество)	КПК=66,5%
для точки поля 22 мм	КПКM=66,0%
	КПКC=64,9%
для точки поля 32 мм	КПКM=58,5%
	КПКC=59,2%

Как видно из расчетов, фотографический объектив, при простоте его конструкции, обеспечивает работоспособность в видимом, ближнем ИК (400-900 нм) и коротковолновом ИК диапазоне (1500-1700 нм) в расширенном температурном интервале, высокую светосилу (1:3,5), большое линейное поле зрения (64 мм) и приемлемое качествс изображения для оптико-электронных приборов, использующих в качестве фотоприемников линейки или матрицы с размером пикселя 5 мкм и 12,5 мкм.

Claims (4)

1. Фотографический объектив, состоящий из двух компонентов, состоящих из последовательно расположенных одиночных линз, первый компонент из которых содержит положительную линзу, второй компонент содержит четыре одиночные линзы, первая из которых отрицательная, третья - двояковыпуклая, отличающийся тем, что содержит апертурную диафрагму, расположенную между компонентами, первый компонент выполнен из двух линз, первая линза которого выполнена в виде двояковыпуклой положительной линзы, а вторая - в виде двояковогнутой отрицательной линзы, первая линза второго компонента выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, вторая - в виде положительной двояковыпуклой линзы, четвертая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и второй компонент дополнен двумя отрицательными менисками, обращенными выпуклостью к изображению, а группа из первых трех линз второго компонента имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, а в объективе имеет место соотношение:
2. 

   ,
3. где Δl_г3k2 - величина перемещения по оптической оси группы из первых трех линз второго компонента;
4. 

   - фокусное расстояние объектива.

Images