Проекционный светосильный объектив

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться как объектив переноса изображения с экрана электронно-оптического преобразователя на ПЗС-матрицу. Объектив включает первый компонент, выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент, выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент, состоящий из отрицательного концентрического мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, пятый и шестой компоненты, выполненные в виде одиночных положительных линз, апертурную диафрагму, расположенную между третьим и четвертым компонентами. Введен седьмой отрицательный компонент, выполненный в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Оптическая сила седьмого компонента по абсолютной величине не превышает 0.35 оптической силы всего объектива. Расстояние между шестым и седьмым компонентами по оптической оси составляет не менее 0.18 фокусного расстояния объектива. Технический результат - увеличение относительного отверстия объектива и повышение качества изображения за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения. 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться как объектив переноса изображения с экрана электронно-оптического преобразователя (ЭОПа) на ПЗС-матрицу.

Известен светосильный объектив [1], содержащий выпуклоплоскую линзу, два отрицательных мениска, обращенных вогнутой поверхностью к пространству изображений, двояковыпуклую линзу, отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов и склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, и одиночную двояковыпуклую линзу. Апертурная диафрагма расположена в воздушном промежутке между положительным мениском и склеенной линзой. Данная конструкция обеспечивает относительное отверстие объектива до 1:1.4. При этом коэффициенты передачи модуляции на частоте М=50 мм^-1 не превышают 0.6 в спектральном диапазоне 410-700 нм.

Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из шести компонентов. Первые два компонента выполнены в виде положительных менисков, обращенных вогнутой поверхностью к пространству изображений. Третий компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Четвертый компонент представляет собой отрицательный мениск, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Пятый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Шестой компонент содержит двояковыпуклую линзу. Апертурная диафрагма расположена в воздушном промежутке между третьим и четвертым компонентами. Данная конструкция объектива обеспечивает относительное отверстие до 1:1.4. Однако недостатком прототипа является невысокое качество изображения вследствие невысоких значений коэффициентов передачи модуляции (Т) для всего поля зрения.

Задача изобретения - увеличение относительного отверстия объектива, повышение качества изображения за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения.

Проекционный светосильный объектив включает первый компонент, выполненный в виде положительного мениска, второй компонент, выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент, состоящий из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, пятый и шестой компоненты, выполненные в виде одиночных положительных линз, апертурную диафрагму, расположенную между третьим и четвертым компонентами, причем введен седьмой отрицательный компонент, расположенный за шестым компонентом и выполненный в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, положительный мениск первого компонента обращен вогнутой поверхностью к пространству предметов, а третий компонент выполнен в виде концентрического мениска, при этом оптическая сила седьмого компонента по абсолютной величине не превышает 0.35 оптической силы всего объектива, а расстояние между шестым и седьмым компонентами по оптической оси составляет не менее 0.18 фокусного расстояния объектива.

Выбор конструкции третьего компонента, выполненного виде отрицательного концентрического мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, позволил повысить относительное отверстие объектива до 1:1.2, эффективно исправить кому и аберрации широких наклонных пучков.

Введение за шестым компонентом отрицательного мениска, имеющего оптическую силу, по абсолютной величине не превышающую 0.35 оптической силы всего объектива и расположенного на расстоянии не менее 0.18 фокусного расстояния объектива, позволило исправить кривизну изображения. Для точки изображения у’=3.2 мм, соответствующей крайней горизонтальной точке на ПЗС-матрице, кривизна изображения не превышает 0.03 мм.

Выбор конструкции компонентов, их оптических сил и расстояния между шестым и седьмым компонентами позволил увеличить относительное отверстие объектива до 1:1.2 при хорошей коррекции аберраций по всему полю зрения и получить высокие значения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения, что позволяет переносить изображение с экрана ЭОПа на ПЗС-матрицу без потери разрешения. Причем выбор расположения вогнутой поверхности первого компонента, обращенной к пространству предметов, позволил сократить расстояние между плоскостью предметов и плоскостью изображений до 66.3 мм.

Предлагаемый объектив имеет фокусное расстояние 21.3 мм, относительное отверстие 1:1.2, линейное увеличение -0.48^х и расстояние от плоскости предметов до плоскости изображения 66.3 мм. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=60 мм^-1 в точке на оси у’=0 не менее 0.84, для точки у’=3.2 мм, соответствующей размеру матрицы 2/3" по горизонтали не менее 0.6. Такие значения коэффициентов передачи модуляции позволили получить концентрацию энергии в изображении точки на квадратной площадке, равной пикселу ПЗС-матрицы размером 0.00850.0085 мм не менее 90% в точке на оси и не менее 74% в точке у’=3.2 мм.

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.

На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R - радиусы кривизны поверхностей линз, D - расстояния между поверхностями линз, _е - показатель преломления стекол линз для линии е (=546 нм), - число Аббе для линии е.

На фиг.3 приведены графики поперечной сферической аберрации объектива.

На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридианального сечения для внеосевой точки у’=3.2 мм.

На фиг.5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.

На фиг.6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки у’=3.2 мм.

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

Проекционный светосильный объектив (фиг.1) состоит из семи компонентов 1-7. Первый компонент содержит положительный мениск 1, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, его оптическая сила равна 0.0273. Второй компонент представляет собой положительный мениск 2, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, его оптическая сила равна 0.0342. Третий компонент выполнен в виде отрицательного концентрического мениска 3, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и имеющего оптическую силу -0.0405. Четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 4, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз и имеющего оптическую силу -0.0359. Пятый и шестой компоненты представляют собой положительные линзы 5 и 6, выполненные двояковыпуклыми и имеющими оптические силы 0.0552 и 0.0486, соответственно. За шестым компонентом введен отрицательный компонент 7, выполненный в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов и имеющего оптическую силу -0.0166, что составляет по абсолютной величине 0.35 оптической силы всего объектива, и расстояние между шестым и седьмым компонентами равно 4 мм, что составляет 0.188 фокусного расстояния объектива. Между третьим и четвертым компонентами расположена апертурная диафрагма 8.

Для объективов, передающих изображение с экрана ЭОПа на ПЗС-матрицу, параметрами, характеризующими качество изображения, являются относительное отверстие, значение коэффициентов передачи модуляции на предельной частоте ЭОПа или частоте, определяемой размером пиксела, а также концентрация энергии в изображении точки на квадратной площадке, равной одному пикселу ПЗС-матрицы.

Графики аберраций, приведенные на фиг.3 и 4, а также графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, представленные на фиг.5 и 6, и приведенные значения концентрации энергии в одном пикселе подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения, что позволяет передавать изображение, получаемое на экране ЭОПа на ПЗС-матрицу без потери разрешающей способности ЭОПа и с максимальным контрастом.

Объектив работает следующим образом. От экрана ЭОПа со световым диаметром 18 мм, расположенного на расстоянии 18 мм от первой поверхности первого компонента объектива, пучок света, имеющий переднюю апертуру не менее 0.13, попадает на компоненты 1-7 объектива и после прохождения через них, фокусируется на площадке ПЗС-матрицы, расположенной на расстоянии 4.9 мм от последней поверхности седьмого компонента объектива. Объектив сопрягает плоскость экрана ЭОПа с плоскостью ПЗС-матрицы с линейным увеличением -0.48^х.

В предлагаемом проекционном светосильном объективе выбор конструкции первого компонента в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, третьего компонента в виде отрицательного концентрического мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и введение седьмого отрицательного компонента, выполненного в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и имеющего оптическую силу, по абсолютной величине не превышающую 0.35 оптической силы всего объектива, и расположенного на расстоянии не менее 0.18 фокусного расстояния объектива, позволили увеличить относительное отверстие до 1:1.2 при улучшении качества изображения и получить небольшое расстояние между экраном ЭОПа и ПЗС-матрицей.

Источники информации

1. A.с. SU №1663596 A1, публ. 1991 г., МКИ G 02 B 11/34.

2. Патент GВ №2066504 А, публ. 1980 г., МКИ G 02 B 9/6 (прототип).

Формула изобретения

Проекционный светосильный объектив, включающий первый компонент, выполненный в виде положительного мениска, второй компонент, выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент, состоящий из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, пятый и шестой компоненты, выполненные в виде одиночных положительных линз, апертурную диафрагму, расположенную между третьим и четвертым компонентами, отличающийся тем, что введен седьмой отрицательный компонент, расположенный за шестым компонентом и выполненный в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, причем положительный мениск первого компонента обращен вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде концентрического мениска, при этом оптическая сила седьмого компонента по абсолютной величине не превышает 0,35 оптической силы всего объектива, а расстояние между шестым и седьмым компонентами по оптической оси составляет не менее 0,18 фокусного расстояния объектива.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6