Планапохроматический объектив

Использование: в оптическом приборостроении, а именно как планапохроматический объектив с дифракционным качеством изображения, а также в различных оптико-электронных приборах, в частности, с целью формирования изображения участка звездного неба на ПЗС-матрице, расположенной в фокальной плоскости объектива. Задача: улучшение качества изображения в центре и полю зрения, а также увеличение углового и линейного полей зрения. Сущность: в планапохроматическом объективе, содержащем два компонента, разделенные апертурной диафрагмой, первый из которых состоит из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и склеенного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и второй компонент, содержащий отрицательную двояковогнутую и две положительные двояковыпуклые линзы, между положительным и склеенным менисками первого компонента, обращенными вогнутостью к пространству изображения, дополнительно размещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, а склеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, выполнен положительным, состоящим из двояковыпуклой положительной и двояковогнутой отрицательной линз, во втором компоненте отрицательная двояковогнутая и первая двояковыпуклая положительная линзы выполнены склеенными, а за второй положительной двояковыпуклой линзой дополнительно помещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта.

Кроме того, показатели преломления положительных линз обоих компонентов имеют значения 1.6n_d1.7, а их коэффициенты дисперсии 50v_d60, показатель преломления отрицательного мениска во втором компоненте, обращенном к плоскости объекта, n_d1.8, и его коэффициент дисперсии 45<v_d<48, показатели преломления отрицательных линз обоих компонентов 1.57n_d1.65, а их коэффициенты дисперсии 37v_d44.

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к планапохроматическим объективам с дифракционным качеством изображения, и может быть использована в различных оптико-электронных приборах, в частности, с целью формирования изображения участка звездного неба на ПЗС-матрице, расположенной в фокальной плоскости объектива.

Известен фотографический объектив [1], содержащий два компонента, первый из которых состоит из последовательно расположенных одиночных линз, первые две из которых положительные мениски, обращенные вогнутостью к изображению, третья - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, четвертая - двояковыпуклая линза, и второй компонент, состоящий из четырех одиночных линз, первая из которых двояковыпуклая, вторая двояковогнутая, третья - двояковыпуклая, и четвертая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

Объектив обладает дифракционным качеством изображения, но его относительное отверстие и угловое поле недостаточно велики.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является объектив для ближней инфракрасной области спектра [2]. Он состоит из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой. Первый компонент выполнен из одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к поверхности изображения, отрицательного мениска, склеенного из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью к поверхности изображения. Второй компонент выполнен из одиночной двояковогнутой и двух двояковыпуклых линз.

Этот объектив имеет значительное относительное отверстие (1:1.74), но недостаточно высокое качество изображения, малое угловое (2W=7°.6) и линейное (2у'=18 мм) поля зрения.

Основной задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является улучшение качества изображения в центре и полю зрения, а также увеличение углового и линейного полей зрения.

Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического объектива, который, как и прототип, содержит последовательно расположенные два компонента, первый из которых содержит положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, и склеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения. Второй компонент состоит из отрицательной двояковогнутой и двух положительных двояковыпуклых линз.

В отличие от прототипа в предлагаемом объективе склеенный мениск первого компонента выполнен из двояковыпуклой положительной и двояковогнутой отрицательной линз и между менисками дополнительно размещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения. Во втором компоненте отрицательная двояковогнутая и первая положительная двояковыпуклая линзы склеены, а за второй положительной двояковыпуклой линзой дополнительно размещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта.

При этом показатели преломления всех положительных линз имеют значения 1.6n_d1.7, а их коэффициенты дисперсии 50v_d60, показатель преломления отрицательного мениска во втором компоненте n_d1.8, а его коэффициент дисперсии 45v_d48, показатели преломления отрицательных линз обоих компонентов 1.57n_d1.65, а их коэффициенты дисперсии 37v_d44.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что выполнение оптических элементов из марок стекол с указанными показателями преломления и коэффициентами дисперсии позволило достигнуть апохроматической коррекции, а дополнительно размещенные в первом и во втором компоненте мениски позволили обеспечить плановую коррекцию и увеличить угловое поле зрения в 3,67 раза, а линейное поле изображения в 3,4 раза.

Таким образом, достигнут технический результат, заключающийся в увеличении углового и линейного полей зрения, и получении дифракционного качества изображения в центре и по полю.

Предлагаемый планапохроматический объектив иллюстрируется чертежом, на котором на фиг.1 представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и графики волновых аберраций и частотно-контрастной характеристики.

Заявляемый планапохроматический объектив содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой AD.

Первый компонент содержит положительный мениск 1, обращенный вогнутостью к пространству изображения, и склеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, содержащий двояковыпуклую 2 и двояковогнутую 3 линзы.

Второй компонент состоит из отрицательной двояковогнутой линзы 4, склеенной с положительной двояковыпуклой линзой 5, двояковыпуклой линзы 6 и отрицательного мениска 7, обращенного вогнутостью к пространству объекта.

Между положительным 1 и склеенным мениском 2,3 дополнительно размещен отрицательный мениск 8, обращенный вогнутостью к пространству изображения.

Кроме того, показатели преломления положительных линз 1, 2, 5 и 6 объектива имеют значения 1.6n_d1.7, а их коэффициенты дисперсии 50v_d60, показатель преломления отрицательного мениска 7 второго компонента n_d1/8, а его коэффициент дисперсии 45v_d48, показатели преломления отрицательных линз 8, 3, 4 имеют значения 1.56n_d1.65, а их коэффициенты дисперсии 37v_d44.

За объективом может быть расположена плоскопараллельная пластина 9.

Предлагаемый объектив работает следующим образом.

Лучи от объекта наблюдения проходят через первый компонент, линзы 1, 8, 2, 3, ограничиваясь апертурной диафрагмой AD, и далее через второй компонент: линзы 4, 5, 6, и 7, образуя планапохроматическое изображение в фокальной плоскости объектива.

Благодаря использованию предлагаемого технического решения был рассчитан планапохроматический объектив с фокусным расстоянием F'=125 мм, относительным отверстием 1:3.25, угловым полем зрения 2W=27°.9, линейным полем изображения 2Y'=62 мм.

Результаты расчета приведены в Приложении.

Волновые полихроматические аберрации для точки на оси не превышают 0.38, а по всему полю 0.5.

Частотно-контрастная характеристика ЧКХ в рассчитанном объективе по всему полю для частоты 30 л/мм более 77%, в то время как у прототипа на краю поля изображения при 2W=7°.6 не более 41%, в рассчитанном объективе контраст изображения на частоте 100 л/мм для точки на оси более 57%, а на краю поля 2W=27°.9 - 40%.

Таким образом, в предлагаемом объективе угловое поле зрения увеличено в 3,67 раза при одновременном значительном улучшении качества изображения.

Источники информации

1 Российская федерация, патент RU 2183028, МПК: С02В 9/64, 11/34 27.05.2002 г

2 Российская федерация, патент RU 2331909, МПК: G02B 9/62, G02В 13/14, 20.08.2008 г. - прототип.

1. Планапохроматический объектив, содержащий два компонента, разделенные апертурной диафрагмой, первый из которых состоит из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и склеенного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и второй компонент, содержащий отрицательную двояковогнутую и две положительные двояковыпуклые линзы, отличающийся тем, что между положительным и склеенным менисками первого компонента, обращенными вогнутостью к пространству изображения, дополнительно размещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, а склеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, выполнен положительным, состоящим из двояковыпуклой положительной и двояковогнутой отрицательной линз, во втором компоненте отрицательная двояковогнутая и первая двояковыпуклая положительная линзы выполнены склеенными, а за второй положительной двояковыпуклой линзой дополнительно помещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта.

2. Планапохроматический объектив по п.1, отличающийся тем, что показатели преломления положительных линз обоих компонентов имеют значения 1,6n_d1,7, а их коэффициенты дисперсии 50v_d60, показатель преломления отрицательного мениска во втором компоненте, обращенном к плоскости объекта, n_d1,8, и его коэффициент дисперсии 45v_d48, показатели преломления отрицательных линз обоих компонентов 1,57n_d1,65, а их коэффициенты дисперсии 37v_d44.