Объектив с вынесенным входным зрачком
Владельцы патента RU 2393515:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) (RU)
Объектив содержит апертурную диафрагму и пять компонентов. Первый - одиночная положительная линза. Второй - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету и склеенный из отрицательной и положительной линз. Третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету. Четвертый - выполнен положительным в виде двух одиночных линз, первая из которых - двояковыпуклая, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Пятый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Технический результат - увеличение расстояние от входного зрачка до первой поверхности объектива и повышение качества изображения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с вынесенным входным зрачком, и может быть использовано в наблюдательных приборах и телевизионных обзорных комплексах.
Известен объектив, содержащий пять компонентов, первый из которых - одиночная положительная линза, второй - двояковогнутая линза, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертый - положительная линза, склеенная из двояковыпуклой и менисковой линз, пятый - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Входной зрачок объектива находится вблизи первой поверхности первого компонента (Патент США № 4464024, кл. G02B 9/60, 1984).
Указанный объектив имеет малое относительное отверстие, что препятствует построению на его основе оптической системы телевизионного комплекса, работающего в сумеречных условиях освещенности. Кроме того, отсутствие вынесенного зрачка не позволяет разместить перед объективом светорегулирующее устройство, необходимое для поддержания постоянного уровня освещенности изображения.
Наиболее близким к заявляемому является объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий пять компонентов, первый из которых - положительный, выполненный в виде двусклеенной линзы, второй - двояковогнутая линза, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертый - положительный, выполненный в виде одиночной двояковыпуклой линзы, пятый - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Входной зрачок объектива вынесен на 0,5 мм относительно первой поверхности первого компонента (Патент РФ № 2053530, МПК6 G02B 9/60, 1993).
Указанный объектив имеет фокусное расстояние объектива F0=14 мм, относительное отверстие D0/F0=1:1,4 и угловое поле 2W=43°. Объектив ахроматизирован в диапазоне длин волн Δλ=450÷750 нм. На пространственной частоте ν=80 мм-1 коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля ТЦ(ν)=0,5; в зоне 0,8 углового поля (2W=35°) ТК(ν)=0,2. Дисторсия в зоне 0,8 углового поля равна δ=5%.
Недостаток указанного объектива - малое расстояние от входного зрачка до первой поверхности объектива, что не позволяет разместить вблизи входного зрачка устройство для управления световым пучком, например затвор, модулятор, сканер, призму для поворота изображения и т.п.
Так как в плоскости входного зрачка световой пучок имеет минимальные размеры в поперечном сечении, то размещение такого устройства вблизи входного зрачка обеспечивает минимальные его габариты и, соответственно, минимальные габариты всей оптической системы. При построении оптической системы именно габариты часто служат препятствием к использованию таких устройств.
Кроме того, указанный объектив имеет недостаточно высокое качество изображения. Для телевизионных обзорных комплексов нередко требуются высокоразрешающие объективы с разрешение не менее 120 мм-1, которое указанный объектив не обеспечивает.
Задача настоящего изобретения - увеличение расстояние от входного зрачка до первой поверхности объектива и повышение качества изображения.
Для решения поставленной задачи в объективе с вынесенным входным зрачком, содержащем апертурную диафрагму и пять компонентов, первый из которых - положительный, второй - отрицательный, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертый - положительный, содержащий одиночную двояковыпуклую линзу, пятый - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, новым является то, что первый компонент выполнен в виде одиночной линзы, второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенного из отрицательной и положительной линз, четвертый компонент выполнен в виде двух одиночных линз, первая из которых - двояковыпуклая, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, пятый компонент выполнен отрицательным.
В частном случае в объективе с вынесенным входным зрачком выполнены соотношения:
0,5·F0<S0<1,5·F0;
0,9·F0<F4<1,4·F0;
где S0 - расстояние от апертурной диафрагмы до первой поверхности первого компонента;
F4 - фокусное расстояние четвертого компонента;
F0 - фокусное расстояние объектива.
Представленная конструкция позволяет увеличить расстояние от входного зрачка до первой поверхности объектива и повысить качество изображения.
В частном случае указанные соотношения определяют требования к конструктивным параметрам объектива, позволяющим обеспечить одновременно большое удаление входного зрачка и высокое качество изображения.
Увеличение расстояния от входного зрачка до первой поверхности объектива позволяет разместить вблизи входного зрачка устройство для управления световым пучком, например затвор, модулятор, сканер, призму для поворота изображения и т.п.
На фиг.1 показана оптическая схема объектива, на фиг.2 - рассчитанный коэффициент передачи контраста объектива.
Объектив состоит из последовательно размещенных на оптической оси апертурной диафрагмы 1 и пяти оптических компонентов. Первый компонент - положительный, выполнен в виде одиночной линзы 2. Второй компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, выполнен склеенным из отрицательной линзы 3 и положительной линзы 4. Третий компонент - одиночный положительный мениск 5, обращенный вогнутостью к предмету. Четвертый компонент - положительный, выполнен в виде двух одиночных линз 6 и 7, первая из которых - двояковыпуклая, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Пятый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой линзы 8 и двояковогнутой линзы 9.
В частном случае при этом выполнены соотношения:
0,5·F0<S0<1,5·F0;
0,9·F0<F4<1,4·F0;
где S0 - расстояние от апертурной диафрагмы до первой поверхности первого компонента;
F4 - фокусное расстояние четвертого компонента;
F0 - фокусное расстояние объектива.
Ниже приведен пример конкретного выполнения объектива с вынесенным входным зрачком. В таблице приведены конструктивные параметры объектива - радиусы поверхностей, толщины линз и воздушных промежутков между ними, световые и полные диаметры и марки стекол линз.
| Таблица | |||||
| № пов. | Радиусы, R, мм | Толщины, Т, мм | Световые диаметры, DCB, мм | Полные диаметры, DП, мм | Марка стекла |
| 1 | 34,83 | 4 | 17,6 | 22 | СТК19 |
| 2 | 1,E+08 | 6,5 | 17,6 | 22 | |
| 3 | -14,06 | 2,5 | 17,8 | 22 | ТФ10 |
| 4 | -40,55 | 4,5 | 20,0 | 26 | ФК11 |
| 5 | -21,68 | 0,2 | 20,2 | 26 | |
| 6 | -40,55 | 6,0 | 20,4 | 28 | СТК19 |
| 7 | -23,77 | 0,2 | 25,8 | 28 | |
| 8 | 40,55 | 6,0 | 26,0 | 28 | ФК11 |
| 9 | -54,45 | 0,2 | 25,6 | 28 | |
| 10 | 19,409 | 5,5 | 22,4 | 26 | СТК19 |
| 11 | 48,75 | 0,2 | 19,6 | 26 | |
| 12 | 14,454 | 5,5 | 17,0 | 19 | ФК11 |
| 13 | -40,55 | 1,5 | 14,0 | 19 | ТФ10 |
| 14 | 9,036 | 4,5 | 10,2 | 11 |
Апертурная диафрагма размещена на расстоянии S0=24 мм от первой поверхности объектива. Диаметр апертурной диафрагмы D0=12,9 мм.
В целях снижения трудоемкости изготовления в указанной конструкции использованы четыре поверхности с одинаковыми радиусами кривизны (R4=R6=R8=R13), и, кроме того, использована одна плоская поверхность (R2=∞).
Объектив имеет следующие характеристики:
- фокусное расстояние F0=18,1 мм;
- относительное отверстие D0/F0=1:1,4;
- угловое поле зрения 2W=26° (линейное поле 2Y=8,2 мм);
- диапазон длин волн Δλ=450÷650 нм,
- дисторсия на краю поля δ=2,8%.
Коррекция аберраций объектива обеспечивает высокий коэффициент передачи контраста в пределах всего углового поля. На пространственной частоте ν1=80 мм-1 коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля ТЦ(ν1)=0,6; на краю углового поля ТК(ν1)=0,3. Соответственно, на пространственной частоте ν2=120 мм-1 коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля ТЦ(ν2)=0,4; на краю углового поля ТК(ν2)=0,15.
Положительный эффект предлагаемой конструкции объектива заключается в том, что она обеспечивает, по сравнению с прототипом, повышенное качество изображения и увеличенное расстоянии от входного зрачка до первой поверхности объектива. Увеличение удаления входного зрачка дает возможность использовать объектив совместно с устройством для управления световым пучком, например затвором, модулятором, сканером, призмой для поворота изображения и т.п.
1. Объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий апертурную диафрагму и пять компонентов, первый из которых положительный, второй - отрицательный, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертый - положительный, содержащий одиночную двояковыпуклую линзу, пятый - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде одиночной линзы, второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенного из отрицательной и положительной линз, четвертый компонент выполнен в виде двух одиночных линз, первая из которых - двояковыпуклая, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, пятый компонент выполнен отрицательным.
2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что для S0 - расстояния от апертурной диафрагмы до первой поверхности первого компонента, F4 - фокусного расстояния четвертого компонента, и F0 - фокусного расстояния объектива выполнены соотношения
0,5·F0<S0<1,5·F0; 0,9·F0<F4<1,4·F0
