RU2662032C1 - Фотографический телеобъектив - Google Patents

Abstract

Телеобъектив может быть использован в оптико-электронных приборах, формирующих изображения объектов земной поверхности через реальную атмосферу и работающих с фотоприемниками видимого и ближнего ИК диапазона. Телеобъектив содержит две группы линз, в первой группе между первой и второй линзами расположена апертурная диафрагма, вторая линза - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третья - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, пятая - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Вторая группа линз - двояковыпуклая линза. Выполняются соотношения:

; n₁=n₃≤n₄≤n₂≤n₅=n₆, где Δl_1г5л - величина перемещения по оптической оси пятой линзы в первой группе линз;

- фокусное расстояние объектива; n_1,2,3,4,5,6 - показатели преломления материалов 1-й, 2-й, 3-й, 4-й, 5-й и 6-й линз соответственно. Технический результат - повышение светосилы с сохранением приемлемого качества изображения в ближнем ИК диапазоне в расширенном температурном интервале. 1 ил., 1 табл.

Description

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 диапазона в аппаратуре различного назначения, например в аппаратуре аэрофотосъемки или в космической аппаратуре.

Известен объектив апохромат для наблюдения и фотографирования, состоящий их 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 обеспечение коррекции только в видимом диапазоне длин волн (0,486-0,656 мкм), а также отсутствие пассивной атермализации для диапазона температур.

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 ~365 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 ближнем ИК диапазоне 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, отличающийся тем, что в первой группе линз между первой и второй линзами расположена апертурная диафрагма, вторая линза выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, третья - в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, пятая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, вторая группа линз выполнена в виде положительной двояковыпуклой линзы, а в первой группе линз пятая линза имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, при этом в объективе имеют место соотношения:

n₁=n₃≤n₄≤n₂≤n₅=n₆,

где

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

- фокусное расстояние объектива;

n_1,2,3,4,5,6 - показатели преломления материалов 1-й, 2-й, 3-й, 4-й, 5-й и 6-й линз соответственно;

Схема объектива показана на фиг. 1.

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

Апертурная диафрагма расположена в I-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 ±0.38 мм осуществляется термокомпенсация положения плоскости наилучшей установки в диапазоне температур от минус 10 до +50°C.

Таким образом, параметры варианта исполнения объектива:

- расчетная длина волны	1,5 мкм;
- рабочий спектральный диапазон	0,9…1,7 мкм;
- фокусное расстояние	365,0 мм;
- линейное поле зрения	55,0 мм;
- относительное отверстие	1:3;
- дисторсия	0,63%
- задний фокальный отрезок	90,9 мм;
- длина по оптической оси	327,9 мм;
- масса оптических деталей	1,84 кг.

Принцип действия объектива заключается в следующем (фиг. 1).

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 минус 10 до +50°C, равна ±0,38 мм, что не превышает величину:

Исправление аберраций достигается использованием материала с высоким показателем преломления для 5-й и 6-й линз:

n₁=n₃≤n₄≤n₂≤n₅=n₆,

В оптическом расчете учтена толщина защитного стекла 7 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: 0,9 мкм - 0,4; 1,0 мкм - 0,4; 1,1 мкм - 0,5; 1,2 мкм - 1,6; 1,3 мкм - 0,7; 1,4 мкм - 0,8; 1,5 мкм - 1,0; 1,6 мкм - 1,0; 1,7 мкм - 0,8;

- пространственную частоту 40 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника с размером чувствительного элемента, равным 12,5 мкм),

получаем следующие расчетные значения качественных характеристик объектива при нормальной температуре ±20°C:

При понижении температуры до минус 10°C плоскость наилучшей установки смещается на величину ~ минус 0,7 мм. В предлагаемой оптической схеме фотографического телеобъектива такое смещение можно скомпенсировать подвижкой 5-й линзы на величину минус 0,38 мм, при этом получаем следующие расчетные значения качественных характеристик объектива:

Как видно из расчетов, объектив, при простоте его конструкции, обеспечивает высокую светосилу (1:3) и приемлемое качество изображения в диапазоне температур для оптико-электронных приборов, использующих в качестве фотоприемников линейки или матрицы с размером пикселя до 12,5 мкм.

Claims (6)

1. Фотографический телеобъектив, содержащий две группы линз, разделенные воздушным промежутком, первая из которых содержит положительную линзу, отрицательную линзу, двояковыпуклую положительную линзу, отрицательную линзу, отличающийся тем, что в первой группе линз между первой и второй линзами расположена апертурная диафрагма, вторая линза выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, третья - в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, пятая - в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, вторая группа линз выполнена в виде положительной двояковыпуклой линзы, а в первой группе линз пятая линза имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, при этом в объективе имеют место соотношения:
2. 

   ;
3. n₁=n₃≤n₄≤n₂≤n₅=n₆,
4. где Δl_1г5л - величина перемещения по оптической оси пятой линзы в первой группе линз;
5. 

   - фокусное расстояние объектива;
6. n_1,2,3,4,5,6 - показатели преломления материалов 1-й, 2-й, 3-й, 4-й, 5-й и 6-й линз соответственно.

Images