Объектив

Изобретение может быть использовано в качестве объектива высокоточных углоизмерительных систем. Объектив включает два компонента, первый из которых выполнен в виде положительной двояковыпуклой линзы, а второй компонент содержит отрицательный и положительный мениски, обращенные выпуклостью к плоскости изображения. Между показателями преломления, коэффициентами дисперсии материала линз, фокусными расстояниями компонентов и линз объектива, а также воздушными промежутками и задним фокальным отрезком объектива выполняются определенные соотношения. Технический результат - упрощение конструкции и повышение относительного отверстия объектива при сохранении качества изображения, близкого к дифракционному. 1 ил., 6 табл.

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам высокоточных углоизмерительных систем, в том числе к объективам автоколлиматоров для формирования и приема излучения в ближней ИК-области спектра при условии использования в автоколлиматоре, имеющем при работе в направлении от тест-объекта на объект визирования большой диаметр выходного зрачка и малое угловое поле, а в направлении от объекта визирования на фотоприемное устройство работающего ограниченными зонами входного зрачка в большом угловом поле, при этом объект визирования может быть расположен в любой части входного зрачка объектива. Объективы таких систем должны иметь хорошее качество изображения при достаточной светосиле и сравнительно простую конструкцию, обеспечивающую нерасстраиваемость в процессе эксплуатации системы с сохранением высокой точности измерения.

Известен телеобъектив для углоизмерительных систем (например, в а.с. №1007069, СССР, МПК G02B 13/02, опубликованном в 1983 г.), состоящий из двух компонентов, образованных четырьмя линзами, в котором первый компонент - положительный, выполненный в виде трехлинзовой склейки; второй компонент - одиночный отрицательный мениск. В заднем фокальном отрезке объектива может быть расположена склеенная призма, используемая в качестве светоделительного блока автоколлиматора. Объектив исправлен для длины волны 951 нм, ахроматизирован в диапазоне спектра от 900 до 1060 нм и имеет следующие оптические характеристики:

фокусное расстояние 120 мм,

относительное отверстие 1:4,6,

угловое поле зрения на входе 2°.

Небольшая величина фокусного расстояния и заднего фокального отрезка не позволяет использовать этот объектив в высокоточных углоизмерительных системах, где требуется точность определения угловых координат объекта менее 20" и необходимость установки дополнительных зеркал между объективом и светоделительным блоком для компоновки системы в заданных габаритах.

Задачей изобретения является создание объектива с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - повышение относительного отверстия и упрощение конструкции объектива при сохранении качества изображения, близкого к дифракционному.

Поставленная цель достигается тем, что в объективе, включающем два компонента, первый из которых содержит положительную двояковыпуклую линзу, а второй компонент содержит отрицательный мениск, в отличие от известного, первый компонент выполнен в виде одиночной линзы, во втором компоненте отрицательный мениск обращен выпуклостью к плоскости изображения, кроме того, во второй компонент за отрицательным мениском введен одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости изображения, при этом выполняются следующие соотношения:

1,65≤nе1=nе3≤1,77

45≤νe1e3≤60

1,7≤νe1e2e3e2≤3,5

0,1d2≤d4≤0,3d2

где:

nе1, ne3 - показатели преломления для длины волны 546,1 нм соответственно двояковыпуклой линзы и положительного мениска;

νe1, νe2, νе3 - коэффициенты дисперсии материала соответственно двояковыпуклой линзы, отрицательного и положительного менисков;

, , , - фокусные расстояния соответственно объектива, первого и второго компонентов, отрицательного и положительного менисков;

d2, d4 - воздушные промежутки соответственно между первым и вторым компонентами и между отрицательным и положительным менисками второго компонента;

- задний фокальный отрезок объектива.

На чертеже изображена принципиальная оптическая схема объектива.

Объектив состоит из двух компонентов, образованных тремя линзами. Первый положительный компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы 1. Второй отрицательный компонент выполнен в виде двух одиночных линз: отрицательного мениска 2 и положительного мениска 3, обращенных выпуклостью к плоскости изображения. В заднем фокальном отрезке объектива расположена призма 4, используемая для приведения изображения тест-объекта, подсвеченного осветителем, на чувствительную площадку фотоприемного устройства (ФПУ). Призма 4 выполнена из двух прямоугольных призм АР-90°, склеенных гипотенузными гранями. В зоне склейки призм нанесено светоделительное покрытие, обозначенное на чертеже знаком θ.

Объектив работает следующим образом. Расходящийся пучок лучей от каждой точки тест-объекта, расположенного в задней фокальной плоскости объектива F', отражается призмой 4 в направлении линзы 3. После прохождения лучами света последовательно линз 3, 2 и 1 изображение тест-объекта строится в бесконечности полным выходным зрачком объектива. Отразившись от объекта визирования, параллельный пучок лучей попадает на линзу 1, которая преобразует его в сходящийся пучок. Далее линзы 2 и 3 направляют световой пучок на призму 4, после прохождения которой в плоскости чувствительной площадки фотоприемного устройства (ФПУ), совмещенной с задней фокальной плоскостью объектива F', строится автоколлимационное изображение тест-объекта, отраженное от объекта визирования, при этом объектив работает ограниченными зонами входного зрачка, которые в зависимости от расположения объекта визирования могут находиться в любой части входного зрачка объектива.

В соответствии с предложенным решением был выполнен расчет объектива, конструктивные параметры которого приведены в табл.1.

Таблица 1
Радиусы R, ммТолщины и воздушные промежутки d, ммМарки стеклаПоказатели преломления nеКоэффициенты дисперсии νeСветовые диаметры, мм
R1=765,6130
d1=16CTK119nе1=1,7476νе1=50,21
R2=-271,6130
d2=60
R3=-84,92110
d3=10ТФ110nе2=1,8138νe2=25,17
R4=-426,6125
d4=10
R5=-264,2120
d5=20CTK119nе3=1,7476νe3=50,21120
R6=-95,28
d6=336
R7=∞12×36
d7=20K108
R8=∞nе4=1,5183νe4=63,8311×35

Объектив исправлен для длины волны 940 нм, ахроматизирован в диапазоне спектра от 920 до 970 нм. Фокусное расстояние объектива для расчетной длины волны равно 429,4 мм. Оптические константы материала линз объектива, приведенные в табл.1, связаны следующими соотношениями:

nе1=nе3=1,7476

νe1е3=50,21

νe1e2e3е2=50,21/25,17=2,0

Фокусные расстояния компонентов и отдельных линз объектива для расчетной длины волны 940 нм имеют следующие значения:

фокусное расстояние первого компонента (линза 1)

фокусное расстояние второго компонента

фокусное расстояние отрицательного мениска (линза 2)

фокусное расстояние положительного мениска (линза 3) что соответствует условиям:

214,7<276,6<429,4

858,8<|-1202,4|<1717,6

|-137,9|<194,5<276,6

Воздушный промежуток между первым и вторым компонентами d2 равен 60 мм, что соответствует условию:

42,94<60<85,88

Воздушный промежуток между второй и третьей линзами d4 равен 10 мм, что соответствует условию:

6<10<18

Задний фокальный отрезок равен 370,9 мм, что соответствует условию:

300,58<370,9<386,46

При работе объектива в направлении от тест-объекта на объект визирования:

относительное отверстие 1:3,3

угловое поле на выходе 0°10'.

В табл.2 приведены аберрации в угловой мере на выходе объектива для точки на оси при расчете с конечного расстояния S1=-21,615 мм.

Таблица 2
mm'σ'λ 0σ'λ 1σ'λ 2σ'λ 1-σ'λ 2
38,2232,765,4"3,7"-6,3"10,0"
54,0546,231,8"4,9"-8,5"13,4"
66,2056,49-10,8"5,2"-9,5"14,7"
76,4465,00-2,4"4,0"-8,6"12,6"

При работе в направлении от объекта визирования на фотоприемное устройство (ФПУ) объектив формирует изображение ограниченными зонами, расположенными в любой части входного зрачка; угловое поле на входе 3°28'. В табл.3 приведены аберрации для точки на оси бесконечно удаленного предмета при диаметре светового пучка 30 мм, расположенного по центру объектива.

Таблица 3
λ0=940 нмλ1=920 нмλ2=970 нм
mtgσ'ΔS'Δy'ΔS'Δy'ΔS'Δy'
0000-0,105900,17700-0,2829
7,50,0175-0,0152-0,0003-0,1058-0,00180,17670,0031-0,2825
10,60,0247-0,0297-0,0007-0,1057-0,00260,17660,0044-0,2823
13,00,0303-0,0432-0,0013-0,1055-0,00320,17640,0053-0,2819
15,00,0350-0,0560-0,0020-0,1053-0,00370,17620,0062-0,2815

В табл.4, 5 и 6 приведены аберрации для зоны и края углового поля зрения бесконечно удаленного предмета при диаметре светового пучка 30 мм, расположенного по центру объектива, соответственно для точки вне оси, для меридионального и сагиттального сечений объектива.

Таблица 4
ωZZ'ΔY', %
-1°13'34"0-478,7-0,151-0,3850,2349,189-0,00050,00025-0,000240,0005
-1°43'54"0-478,6-0,301-0,7680,46712,981-0,0010,00035-0,000350,0007

Таблица 5
ω=-1°13'34"ω=-1°43'54"
mΔtgσ'Δtgσ'
15,00,0350-0,0066-0,00340,00580,0350-0,0164-0,00320,0057
13,00,0303-0,0063-0,00290,00500,0303-0,0152-0,00280,0049
10,60,0247-0,0058-0,00230,00410,0247-0,0134-0,00220,0040
7,50,0175-0,0047-0,00160,00280,0175-0,0105-0,00150,0027
0000,00025-0,00024000,00035-0,00035
-7,5-0,01750,00930,0021-0,0034-0,01750,01700,0022-0,0035
-10,6-0,02470,01490,0029-0,0046-0,02470,02640,0030-0,0048
-13,0-0,03030,01990,0035-0,0056-0,03030,03450,0036-0,0058
-15,0-0,03500,02460,0040-0,0065-0,03500,04200,0041-0,0066
Таблица 6
ω=-1°13'34"ω=-1°43'54"
Mtgδ'ΔY'ΔХ'tgδ'ΔY'ΔX'
7,50,01750,0008-0,00290,01750,0011-0,0055
10,60,02470,0015-0,00440,02470,0022-0,0082
13,00,03030,0023-0,00590,03030,0032-0,0104
15,00,03500,0030-0,00720,03500,0043-0,0125

По сравнению с наиболее близким аналогом предлагаемый объектив при увеличенной светосиле и сохранении качества изображения, близкого к дифракционному, имеет более простую и технологичную конструкцию: количество линз три вместо пяти, отсутствие склеенных линз, что особенно важно для линз большого диаметра, выполненных из химически неустойчивых стекол. Объектив может быть использован в автоколлиматоре, который имеет узкий по спектру источник излучения, например, светодиод со спектральным интервалом ±25 нм, и принимает ограниченными зонами входного зрачка излучение, отраженное от одного или нескольких объектов визирования. Примененные марки стекол в сочетании с оправой из титанового сплава и выбранные величины воздушных промежутков d2 и d4 позволили получить объектив с исправленной термооптической аберрацией. Наличие в объективе заднего фокального отрезка, равного 0,86 от фокусного расстояния объектива, позволяет расположить между объективом и призмой дополнительные зеркала для компоновки системы автоколлиматора в заданных продольных габаритах. Для сравнения, в аналоге задний фокальный отрезок составляет величину 0,6 от фокусного расстояния объектива.

Таким образом, объектив может быть использован в высокоточной многоканальной оптико-электронной углоизмерительной системе, являясь основным узлом автоколлиматора и обеспечивая высокую точность и надежность измерения угловых координат нескольких объектов системой при разных условиях эксплуатации.

Объектив, включающий два компонента, первый из которых содержит положительную двояковыпуклую линзу, а второй компонент содержит отрицательный мениск, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде одиночной линзы, во втором компоненте отрицательный мениск обращен выпуклостью к плоскости изображения, кроме того во второй компонент за отрицательным мениском введен одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости изображения, при этом выполняются следующие соотношения:

1,65≤nе1=nе3≤1,77

45≤νe1e3≤60

1,7≤νe1e2e3e2≤3,5

0,1d2≤d4<0,3d2

где ne1, ne3 - показатели преломления для длины волны 546,1 нм соответственно двояковыпуклой линзы и положительного мениска;

νe1, νe2, νe3 - коэффициенты дисперсии материала соответственно двояковыпуклой линзы, отрицательного и положительного менисков;

, , , - фокусные расстояния соответственно объектива, первого и второго компонентов, отрицательного и положительного менисков;

d2, d4 - воздушные промежутки соответственно между первым и вторым компонентами и между отрицательным и положительным менисками второго компонента;

- задний фокальный отрезок объектива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в проекционных объективах с вынесенным входным зрачком и увеличением, близким к минус единице, работающих в ИК-области спектра, например в тепловизионных приборах.

Изобретение относится к специальным объективам и может использоваться в ночных зрительных трубках. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к монохроматическим объективам, работающим совместно с лазерами. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для фокусировки излучения лазера. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению. .

Изобретение относится к ИК оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам многоканальных систем, и может быть использовано для работы в двухканальных приборах ночного видения (ПНВ), имеющих один канал для работы совместно с электронно-оптическими преобразователями (ЭОП), а второй - с матричными инфракрасными (ИК) фотоприемными устройствами (ФПУ), для решения задач обнаружения и опознавания объектов наблюдения при пониженной освещенности.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к оптическому приборостроению, и может быть использовано при разработке имодернизации приборов ночного видения.

Изобретение относится к области кинотехники и может быть использовано в звукомонтажных и фильмопроверочных столах. .

Изобретение относится к видеофототехнике, а именно к оптическим системам, позволяющим производить съемку объекта на телевизионную трубку положительной кривизны, например Сферикон.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в оптических системах приборов ночного видения (ПНВ) в качестве системы переноса изображения с экрана электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу

Объектив может быть использован в пассивных и активно-импульсных ПНВ совместно с ЭОП 2, 2+ и 3-го поколений. Объектив содержит первый положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью в сторону второго компонента, второй отрицательный компонент, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, четвертую двояковыпуклую линзу, третий и пятый отрицательные мениски, обращенные вогнутыми поверхностями в сторону четвертой линзы. Расстояние между первой линзой и вторым компонентом - не менее 0,3 фокусного расстояния объектива. Все линзы выполнены из стекол с коэффициентами линейного расширения в диапазоне (5÷10)·10-6 градус-1. Средняя для рабочего диапазона температур ΔT величина температурного изменения показателя преломления стекол первой линзы и двояковыпуклой линзы второго компонента находится в диапазоне (-2÷0)·10-6 градус-1, остальных линз - в диапазоне (0÷4)·10-6 градус-1. Между относительными оптическими силами выполняются указанные в формуле изобретения соотношения. Технический результат - повышение относительного отверстия и углового поля, уменьшение массы при сохранении величины диаметра входного зрачка, обеспечение термонерастраиваемости и высокого качества изображения в диапазоне температур эксплуатации от -50 до +50°C без введения дополнительных подвижек объектива, его компонентов или ЭОП. 5 ил., 4 табл.

Использование: относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в тепловизионных устройствах с матричными фотоприемными устройсвами. Цель: повышение разрешающей способности оптической системы тепловизионного прибора при сохранении ее компактности. Сущность изобретения: оптическая система тепловизионного прибора содержит последовательно расположенные по ходу лучей входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение и содержащий отрицательный и положительный мениски, и проекционный объектив, установленный перед фотоприемным устройством и содержащий последовательно установленные по ходу лучей первый мениск, второй отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к фотоприемному устройству, третий положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, и четвертый положительный мениск, обращенный выпуклостью к фотоприемному устройству. Во входном объективе первым по ходу лучей расположен отрицательный мениск, а за положительным мениском введен дополнительный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости действительного промежуточного изображения, в проекционном объективе первый мениск выполнен положительным и выпуклой стороной направлен к фотоприемному устройству, а четвертый мениск расположен между третьим мениском проекционного объектива и фотоприемным устройством. 1табл., 1 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам высокоточных углоизмерительных систем, в том числе к объективам автоколлиматоров для формирования и приема излучения в ближней ИК-области спектра при условии использования в автоколлиматоре, имеющем при работе в направлении от тест-объекта на объект визирования большой диаметр выходного зрачка и малое угловое поле, а в направлении от объекта визирования на фотоприемное устройство работающего ограниченными зонами входного зрачка в большом угловом поле, при этом объект визирования может быть расположен в любой части входного зрачка объектива

Наверх