Объектив

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике. Объектив состоит из четырех компонентов и спектроделительного блока, расположенного между третьим и четвертым компонентами. Первый компонент - положительная линза, склеенная из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй компонент - отрицательный мениск, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы. Четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, установлен с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси и оптически связан с гранью спектроделительного блока, выделяющей спектральный диапазон 500 нм...900 нм. Расстояние между третьим и четвертым компонентами вдоль оптической оси составляет не менее 0.6 фокусного расстояния объектива, сумма оптических сил всех компонентов не превышает 0.0014 мм^-1, показатели преломления материалов двояковыпуклых линз первого и второго компонентов не менее 1.6, показатели преломления материалов двояковогнутых линз этих компонентов не менее 1.7, при этом разность числа Аббе по абсолютной величине материалов линз первого и второго компонентов не превышает 26 и 17 соответственно, а показатели преломления материалов линз третьего и четвертого компонентов не превышают 1.61. Объектив обеспечивает возможность одновременной регистрации изображений на ПЗС-матрице и фотоприемнике, имеет высокое качество изображения в спектральном диапазоне длин волн =575 нм...850 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения при сохранении небольшой длины объектива. 5 илл.

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике.

Известен объектив [1] из пяти компонентов и спектроделительного блока, выполненного с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны 1067 нм или 1570 нм, расположенного на оптической оси объектива между четвертым и пятым компонентами, первый компонент выполнен в виде отрицательного двусклеенного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент содержит положительную линзу, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, пятый компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, установленной с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображений в широком спектральной диапазоне, а также возможность одновременной регистрации изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике. Недостатком объектива является его большая длина: расстояние от первой поверхности объектива до плоскости изображений составляет 1.7 фокусного расстояния объектива.

Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из четырех компонентов. Первый компонент выполнен

в виде положительной линзы. Второй компонент содержит отрицательный мениск, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Третий компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Четвертый компонент содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов.

Данная конструкция объектива имеет небольшую длину, не превышающую 1.1 фокусного расстояния объектива, а также высокое качество изображений в спектральном диапазоне 660 нм...920 нм. Однако недостатком прототипа является невозможность одновременной регистрации изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике.

Задачей полезной модели является создание возможности одновременной регистрации изображений на ПЗС-матрице и фотоприемнике, повышение качества изображения в спектральном диапазоне длин волн =575 нм...850 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения при сохранении небольшой длины объектива.

Объектив из четырех компонентов, расположенных на оптической оси, первый компонент которого положительная линза, второй компонент - отрицательный мениск, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, в отличие от прототипа, содержит расположенный между третьим и четвертым компонентами спектроделительный блок, положительная линза первого компонента склеена из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, установлен с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси и оптически связан с гранью спектроделительного блока, выделяющей спектральный

диапазон 500 нм...900 нм, при этом расстояние между третьим и четвертым компонентами вдоль оптической оси составляет не менее 0.6 фокусного расстояния объектива, сумма оптических сил всех компонентов не превышает 0.0014 мм^-1 , показатели преломления материалов двояковыпуклых линз первого и второго компонентов не менее 1.6, показатели преломления материалов двояковогнутых линз этих компонентов не менее 1.7, при этом разность числа Аббе по абсолютной величине материалов линз первого и второго компонентов не превышает 26 и 17 соответственно, а показатели преломления материалов линз третьего и четвертого компонентов не превышают 1.61.

Конструкция первого компонента, выполненного в виде положительной линзы, склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, а также применение материалов двояковыпуклых линз первого и второго компонентов с показателями преломления не менее 1.6, показателями преломления материалов двояковогнутых линз этих компонентов не менее 1.7 и разности числа Аббе по абсолютной величине материалов линз первого и второго компонентов не более 26 и 17 соответственно, а показателей преломления материалов линз третьего и четвертого компонентов не более 1.61, обеспечивает исправление хроматических аберраций в спектральном диапазоне от 575 нм до 850 нм.

Выполнение второго компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью пространству изображений, и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третьего компонента в виде двояковыпуклой линзы позволило исправить сферохроматические аберрации и обеспечило высокую коррекцию аберраций осевого пучка.

Выполнение четвертого компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, расположенного на расстоянии не менее 0.6 фокусного расстояния объектива

от последней поверхности третьего компонента, выбор сумм оптических сил всех компонентов, не превышающих 0.0014 мм^-1, позволяет исправить кривизну изображения по всему полю, аберрации наклонных пучков и получить высокую коррекцию качества изображения по всему полю зрения.

Введение спектроделительного блока, расположенного между третьим и четвертым компонентами, выполненного с возможностью разделения спектрального интервала от 575 нм до 850 нм и длины волны излучения 1570 нм, позволяет использовать объектив как для формирования изображения на ПЗС-матрице, так и для регистрации возвратного излучения лазерного дальномера на площадке фотоприемника.

Четвертый компонент объектива установлен с возможностью юстировочных перемещений вдоль оптической оси, что позволяет эффективно использовать его для фокусировки объектива от 50 м до бесконечности при нахождении плоскости наилучшей установки на ПЗС-матрице и для компенсации терморасстраиваемости объектива.

В предлагаемом объективе спектроделительный блок выполнен таким образом, что отражает излучение в спектральном диапазоне от =575 нм до =850 нм и пропускает излучение с длиной волны =1570 нм, объектив имеет фокусное расстояние 130.5 мм, относительное отверстие 1:2.6, входной зрачок диаметром 50 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=60 мм^-1 в точке на оси (у'=0) не менее 0.76, на краю поля зрения (у'=3.2 мм) не менее 0.67.

Такие значения коэффициентов передачи модуляции позволили получить концентрацию энергии в изображении точки на квадратной

площадке, равной пикселу ПЗС-матрицы размером 0.0085×0.0085 мм, не менее 86% для точки на оси и не менее 79% для края поля.

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.

На фиг.2 приведен график поперечной сферической аберрации объектива.

На фиг.3 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=3 гpaд.

На фиг.4 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.

На фиг.5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=3 град.

Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей 1 коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже

Таблица 1
, мкм	575	600	650	750	850
С	0.13	1.0	0.85	0.37	0.07

Объектив (фиг.1) состоит из четырех компонентов 1-4, спектроделительного блока 5, расположенного между третьим и четвертым компонентами, светофильтра 6. Первый компонент содержит положительную двусклеенную линзу 1, состоящую из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, оптическая сила равна 0.00265 мм^-1. Второй компонент представляет собой отрицательный мениск 2, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, его оптическая сила равна -0.00591 мм ^-1. Третий компонент содержит двояковыпуклую линзу 3, ее оптическая сила равна 0.0131 мм^-1. Четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, установлен с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси, при этом юстировочное перемещение компонента составляет не более ±1.2 мм, а его оптическая сила равна -0.00852 м ^-1. Оптические силы компонентов расчитаны для =700 нм. Расстояние между третьим и четвертым компонентами вдоль оптической оси равно 90 мм, что составляет 0.69 фокусного расстояния объектива. Между третьим и четвертым компонентами расположен спектроделительный блок 5, отражающий излучение в спектральном диапазоне =500 нм...900 нм и пропускающим излучение с длиной волны =1570 нм. Объектив содержит светофильтр 6, выделяющий спектральный диапазон в соответствии с таблицей 1. При расчете объектива учтена толщина защитного стекла ПЗС-матрицы. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения ПЗС-матрицы по оптической оси равна 150.4 мм, что составляет 1.15 фокусного расстояния объектива.

Для объективов, работающих с ПЗС-матрицей, параметрами, характеризующими качество изображения, являются область спектра (от 575 нм до 850 нм), относительное отверстие, значение коэффициентов передачи модуляции на частоте, определяемой размером пиксела, а также концентрация энергии в изображении точки на квадратной площадке равной одному пикселу ПЗС-матрицы.

Графики аберраций, приведенные на фиг.2 и 3, а также графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг.4 и 5, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения, что позволяет получить изображение объектов с малым контрастом (К=0.1).

Конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R-радиусы кривизны поверхностей линз, D-расстояния между поверхностями линз, n _e-показатель преломления стекол линз для линии е (=546 нм), _e-число Аббе для линии е приведены в таблице 2.

Таблица 2
R	D	n е
119,95	10	1,66	50,81
-84,33	5	1,8138	25,17
659,2	3
64,71	9	1,6522	33,62
-129,72	5	1,7476	50,21
44,98	3
44,98	9,5	1,4879	84,07
-191,43	60
0	25	1,4846	66,2
0	5
-23,12	2	1,6071	37,77
-35,64	4
0	4,9	1,5183	63,83
0

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=3° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 50 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз компонентов 1, 2, 3 попадает в спектроделительный блок 5, после которого излучение с длинами волн =575 нм...850 нм, отразившись от гипотенузной грани спектроделительного блока, попадает на компонент 4 объектива, преломляется через его поверхности, светофильтр 6, и фокусируется в плоскости изоражения, где расположена ПЗС-матрица. Пучок лучей с =1570 нм проходит через спектроделительный блок 5 и фокусируется на площадке фотоприемника.

Предлагаемый объектив имеет более высокое качество изображения в спектральном диапазоне длин волн от 575 нм до 850 нм при сохранении небольшой длины объектива, по сравнению с прототипом, а также имеет возможность для формирования изображения на ПЗС-матрице, и для регистрации возвратного излучения лазерного дальномера на площадке фотоприемника, расположенного по ходу пропускания спектроделителя.

Источники информации

1. Патент BY №6385, публикация 2001 г, МКИ G02B 9/00

2. Патент RU №2175774, публикация - прототип.

Объектив из четырех компонентов, расположенных на оптической оси, первый компонент которого положительная линза, второй компонент - отрицательный мениск, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отличающийся тем, что содержит расположенный между третьим и четвертым компонентами спектроделительный блок, положительная линза первого компонента склеена из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, установлен с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси и оптически связан с гранью спектроделительного блока, выделяющей спектральный диапазон 500 нм ... 900 нм, при этом расстояние между третьим и четвертым компонентами вдоль оптической оси составляет не менее 0,6 фокусного расстояния объектива, сумма оптических сил всех компонентов не превышает 0,0014 мм^-1 , показатели преломления материалов двояковыпуклых линз первого и второго компонентов не менее 1,6, показатели преломления материалов двояковогнутых линз этих компонентов не менее 1,7, при этом разность числа Аббе по абсолютной величине материалов линз первого и второго компонентов не превышает 26 и 17 соответственно, а показатели преломления материалов линз третьего и четвертого компонентов не превышают 1,61.