Светосильный объектив

 

Светосильный объектив содержит пять линз, из которых первая и третья - положительные, вторая и пятая - отрицательные плосковогнутые, обращенные вогнутостью к предмету, четвертая - выпукло-плоская, обращенная выпуклостью к предмету, и толщина ее составляет 0,4-0,6 фокусного расстояния объектива, а пятая линза установлена с возможностью перемещения вдоль оси и ее оптическая сила составляет 0,6-1,4 оптической силы объектива. Обеспечивается компенсация астигматизма и кривизны изображения, а также отклонения величины фокусного расстояния объектива от номинального значения за счет расширения технологических допусков на толщины линз, воздушных промежутков и дисперсию стекол. 1 табл., 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано при изготовлении объективов для волоконно-оптических приборов с переносом изображения и для приборов ночного видения в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Известны пятилинзовые светосильные объективы для работы в приборах ночного видения в спектральном диапазоне 0,6-1,0 мкм, описанные в патентах RU 2154292, кл. G 02 В 13/14, 9/60, 2000, RU 2178194, кл. G 02 В 13/14, 9/60, 2000. Объектив по последнему патенту содержит последовательно расположенные по ходу луча отрицательный мениск, двояковыпуклую линзу, двояковогнутую линзу, двояковыпуклую линзу и положительный мениск.

Пятилинзовый объектив для компактной камеры по патенту US 4576448, кл. 359-764, 1986 состоит из положительной менисковой линзы, выпуклой к объекту, двояковогнутой линзы, положительной линзы, двояковыпуклой линзы и отрицательной менисковой линзы, выпуклой к изображению; между третьей и четвертой линзой расположена диафрагма, а толщина четвертой линзы находится в пределах 0,15-0,4 фокусного расстояния системы в целом.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому объективу является пятилинзовый апохроматический объектив (авторское свидетельство SU №346699, кл. G 02 В 9/60, 1972), в котором 1, 3 и 4-я линзы положительные, а 2-я и 5-я отрицательные.

Недостатком этих объективов является сложность технологического исполнения при обеспечении точных значений фокусного расстояния в заданном диапазоне малыми величинами допусков на толщины линз и воздушные промежутки и пересчетом на плавки стекол.

Задачей изобретения является создание светосильного технологичного объектива с расширенными допусками на толщины линз и воздушные промежутки, а также на дисперсию стекол.

Задача решается тем, что в светосильном объективе, содержащем пять линз, первая, третья и четвертая из которых положительные, вторая и пятая - отрицательные, в отличие от известного вторая и пятая линзы - плосковогнутые, обращенные вогнутостью к предмету, четвертая - выпукло-плоская, обращенная выпуклостью к предмету, и толщина ее составляет 0,4-0,6 фокусного расстояния объектива, а пятая линза установлена с возможностью перемещения вдоль оси и ее оптическая сила составляет 0,64-1,4 оптической силы объектива.

Предложенное выполнение второй, четвертой и пятой линзы компенсирует астигматизм и кривизну поверхности изображения. Компенсация отклонения величины фокусного расстояния объектива от номинального значения, вызванного широкими технологическими допусками на толщины всех линз и всех воздушных промежутков, осуществляется подвижкой пятой линзы до совпадения с номинальным значением фокусного расстояния в пределах требуемого допуска.

На чертеже представлена оптическая схема объектива. В нем пять линз: двояковыпуклые 1 и 3, плосковыпуклая 4, обращенная выпуклостью к предмету, и плосковогнутые 2 и 5, обращенные вогнутостью к предмету.

Конструктивные параметры варианта исполнения светосильного объектива приведены в таблице.

Параметры такого объектива:

фокусное расстояние объектива 20,357 мм;

фокусное расстояние пятой линзы 17,742 мм;

расчетная длина волны 700 нм;

рабочий спектральный диапазон 486-900 нм;

вершинный отрезок S’f’ 3,078

относительное отверстие 1:1,1;

угловое поле зрения 40 градусов;

толщина четвертой линзы d7=9 мм и находится в интервале 0,4-0,6 фокусного расстояния объектива, равного в примере 20,357 мм;

- оптическая сила пятой линзы 1/f5=0,056 и находится в интервале 0,6-1,4 оптической силы объектива, равной в примере 0,049. При уменьшении оптической силы пятой линзы от интервала возрастает величина ее перемещения и для компенсации отклонения фокусного расстояния могут быть недостаточными воздушный промежуток d8 и вершинный отрезок S’f’ объектива, при увеличении оптической силы пятой линзы от интервала ухудшается качество для края и зоны поля зрения.

Объектив изготавливается и работает известным образом. В нем предусмотрена возможность подвижки пятой линзы вдоль оптической оси в некотором интервале, в частности либо изготовлением паза в корпусе, либо применением прокладок под опорный торец пятой линзы. В процессе сборки объектива осуществляется подвижка линзы 5 до совпадения с номинальным значением фокусного расстояния в пределах требуемого допуска. Например, в исходной системе допуск на толщины каждой линзы и на каждый воздушный промежуток пусть будет задан в пределах +/-0,1 мм. За счет этих допусков минимальное значение фокусного расстояния составит F_мин=20,197 мм, а максимальное - F_макс=20,517 мм. Если величину фокусного расстояния необходимо выдерживать относительно расчетного значения с высокой точностью, например 0,02 мм (0,1%), то подвижка пятого компонента составит минус 0,115 мм для увеличения значения от F_мин до номинала и плюс 0,114 мм для уменьшения значения от F_макс до номинального значения фокусного расстояния. Изменение вершинного отрезка ST при этом находится в пределах +/-0,1 мм. Задаваясь критерием качества - величиной полихроматической частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) и учитывая спектральную эффективность по длинам волн с влиянием чувствительности фотокатода и светопропускания объектива - 0,8 на длине волны 486 нм, 1 на 700 нм, 0,2 на 900 нм, получаем для пространственной частоты 20 линий/мм следующие расчетные значения в плоскости наилучшей установки:

- исходная система (толщины и промежутки равны расчетным значениям, плоскость наилучшей установки (ПНУ) -на расстоянии 3,05 мм от пятого компонента):

точка на оси ЧКХ=80%

точка поля 40° ЧКХм=41%, ЧКХс=13%

- при компенсации подвижкой пятого компонента на минус 0,115 мм для увеличения фокуса от F_мин до номинального (ПНУ - на расстоянии 2,96 мм):

точка на оси ЧКХ=80%

точка поля 40° ЧКХм=32%; ЧКХс=11%

- при компенсации подвижкой пятого компонента на плюс 0,114 мм для уменьшения фокуса от F_макс до номинального (ПНУ - на расстоянии 3,15 мм):

точка на оси ЧКХ==79%

точка поля 40° ЧКХм=43%; ЧКХс=14%

Как видно из расчетов, подвижка пятого компонента позволяет компенсировать с высокой точностью изменение фокусного расстояния светосильного объектива при расширении допусков на толщины линз и воздушные промежутки и при сохранении исходного качества изображения на оси с приемлемым качеством изображения на краю поля зрения относительно исходной системы.

Формула изобретения

Светосильный объектив, содержащий пять линз, первая, третья и четвертая из которых - положительные, вторая и пятая - отрицательные, отличающийся тем, что вторая и пятая линзы - вогнуто-плоские, обращенные вогнутостью к предмету, четвертая - выпукло-плоская, обращенная выпуклостью к предмету, и толщина ее составляет 0,4-0,6 фокусного расстояния объектива, а пятая линза установлена с возможностью перемещения вдоль оси и ее оптическая сила составляет 0,6-1,4 оптической силы объектива.

РИСУНКИ

Рисунок 1