Объектив

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Кунделева Наталия Ефимовна Емельянова Татьяна Евгеньевна Янаев Владимир Николаевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Объектив, содержащий четыре компонента, установленные последовательно 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, первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска,обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, установлен с возможностью юстировочных перемещений вдоль оптической оси и оптически связан с гранью спектроделительного блока, выделяющей излучение в спектральном диапазоне от 575 до 850 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, а показатели преломления стекол линз третьего и четвертого компонентов не превышают 1,6. 10432 1 2008.04.30 Изобретение 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 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 юстировочных перемещений вдоль оптической оси. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображений в широком спектральном 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 660920 нм. Однако недостатком прототипа является невозможность одновременной регистрации изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике, а также относительно небольшой спектральный диапазон, в котором ахроматизован объектив. Задачей изобретения является повышение качества изображения в спектральном диапазоне длин волн 575850 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения при сохранении небольшой длины объектива, а также возможность одновременной регистрации изображений на ПЗС-матрице и фотоприемнике. Объектив, содержащий четыре компонента, установленные последовательно 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, первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, 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 излучение в спектральном диапазоне от 575 до 850 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, а показатели преломления стекол линз третьего и четвертого компонентов не превышают 1,6. Конструкция первого компонента, выполненного в виде положительной двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, а также применение в линзах третьего и четвертого компонентов стекол линз с показателями преломления,не превышающими 1,6, обеспечивают исправление хроматических аберраций в спектральном диапазоне от 575 до 850 нм. 2 10432 1 2008.04.30 Выполнение второго компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью, пространству изображений, 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, позволяют 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 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 12,6, входной зрачок диаметром 50 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты 60 мм-1 в точке на оси (у 0) не менее 0,77, на краю поля зрения (у 3,2 мм) не менее 0,68. 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 86 для точки на оси и не менее 79 для края поля. На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива. На фиг. 2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где- радиусы кривизны поверхностей линз,- расстояния между поверхностями линз, е - показатель преломления стекол линз для линии е (546 нм),- число Аббе для линии е. На фиг. 3 приведен график поперечной сферической аберрации объектива. На фиг. 4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 23 град. 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 на краю поля зрения 23 град. Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже. 575 600 650 750 850, мкм 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 линзы и отрицательного мениска, оптическая сила равна 0,00265 мм-1. 3 10432 1 2008.04.30 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 юстировочных перемещений вдоль оптической оси, при этом юстировочное перемещение компонента составляет не более 1,2 мм, а его оптическая сила равна -0,00852 мм-1. Расстояние между третьим и четвертым компонентами, приведенное к воздуху, равно 81,9 мм, что составляет 0,62 фокусного расстояния объектива. Показатель преломления стекла третьего компонента не превышает 1,5, а четвертого компонента - 1,6. Между третьим и четвертым компонентами расположен спектроделительный блок 5, отражающий излучение в спектральном диапазоне 575850 нм и пропускающий излучение с длиной волны 1570 нм. Объектив содержит светофильтр 6, выделяющий спектральный диапазон в соответствии с таблицей. 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 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. 3 и 4, а также графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 5 и 6, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения, что позволяет получить изображение объектов с малым контрастом(К 0,1). Выбор конструкции компонентов объектива, их оптических сил, сумма которых не превышает 0,0014 мм-1, применение в линзах третьего и четвертого компонентов стекол линз с показателями преломления, не превышающими 1,6, выбор расстояния между этими компонентами не менее 0,6 фокусного расстояния объектива, введение спектроделительного блока, отражающего излучение в спектральном диапазоне длин волн 575850 нм и пропускающего излучение с длиной волны 1570 нм, установка четвертого компонента с возможностью юстировочных перемещений вдоль оптической оси, по сравнению с прототипом, позволили повысить качество изображения в спектральном диапазоне длин волн от 575 до 850 нм при сохранении небольшой длины объектива, а также позволяют использовать объектив как для формирования изображения на ПЗС-матрице, так и для регистрации возвратного излучения лазерного дальномера на площадке фотоприемника, расположенного по ходу пропускания спектроделителя. Объектив работает следующим образом параллельный пучок света с углом поля зрения 23 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 575850 нм, отразившись от гипотенузной грани спектроделительного блока, попадает на компонент 4 объектива, преломляется через его поверхности, светофильтр 6 и фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица. Пучок лучей с 1570 нм проходит через спектроделительный блок 5 и фокусируется на площадке фотоприемника. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6