Патент на изобретение №2278403

(54) ТЕЛЕЦЕНТРИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ

(57) Реферат:

Телецентрический объектив может быть использован для работы с ПЗС-матрицами. Объектив содержит 11 одиночных линз, сгруппированных в три группы из трех, одной и семи линз по ходу луча: из них линзы 1, 5, 8 и 11 – мениски, обращенные выпуклостью к предмету; 2 – двояковогнутая линза; 3, 6 и 9 – двояковыпуклые линзы, а 4, 7, 9 и 10 – мениски, обращенные вогнутостью к предмету. Фокусных расстояний некоторых групп и подгрупп линз соответствуют соотношениям, приведенным в формуле изобретения. Технический результат – расширение спектрального диапазона и получение высокого качества изображения в единой фокальной плоскости одновременно в трех спектральных диапазонах: 1=0,5-0,6; 2=0,6-0,7; 3=0,79-0,9 мкм. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к оптическим приборам и может быть использовано в качестве объектива с телецентрическим ходом лучей для работы в спектральном диапазоне 0,5…0,9 мкм, например с ПЗС-матрицами.

Известен широкоугольный (90°) телецентрический объектив (SU №1117570 А1, кл. G 02 B 13/22, опубл. 07.10.84 г.), содержащий девять одиночных линз и менисков, а именно, по ходу луча: положительный и два отрицательных мениска, обращенных выпуклостью к предмету, апертурную диафрагму, положительный и отрицательный мениски, обращенные вогнутостью к предмету, две двояковыпуклые линзы и положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостью друг к другу. Относительное отверстие объектива 1:5, фокусное расстояние 10 мм, рассчитан на длину волны 546 Нм.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является широкоугольный телецентрический объектив (JP 11084232 А, кл. G 02 B 13/04, опубл.26.03.99 г.), содержащий три группы линз: в первой группе G₁, по ходу луча, двояковыпуклая линза G_1-1 и подгруппа G_1-2 из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковогнутой линзы, во второй группе G₂ – положительная линза, в третьей группе G₃ – отрицательная линза, положительный мениск и двояковыпуклая линза образуют подгруппу G_3-1, а склейка из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и две двояковыпуклые линзы образуют подгруппу G_3-2, при этом в объективе выполняются следующие соотношения:

(1) 0.2<|f₁/f₃|<0.8

(2) 0.01<|f/f₂|<0.7

(3) 0.01<|f₁/f_1-1|<0.5

(4) 0.7<|f_1-2/f₁|<1.0

(5) |f₃/f_3-1|<0.6

(6) 0.5<|f₃/f_3-2|<0.95

где f… – фокусные расстояния соответствующих групп линз или объектива. У объектива большой задний отрезок (до 100 мм), светосила 1:4, он работает в видимой области спектра (0,486…0,656 нм).

Задачей настоящего изобретения является создание телецентрического объектива с расширенным спектральным диапазоном от 0,5 до 0,9 мкм, в частности для поддиапазонов: 0,5÷0,6; 0,6÷0,7; 0.79÷0,9 мкм в единой фокальной плоскости и высоким качеством изображения по всему полю.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в телецентрическом объективе, содержащем три группы линз из трех, одной и семи линз соответственно, первая группа Г₁ включает вторую отрицательную линзу, вторая группа Г₂ – четвертую положительную линзу, третья группа Г₃ – пятую линзу – отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, шестую положительную линзу, одиннадцатую положительную линзу, при этом, в отличие от известного, первая и восьмая линзы выполнены в виде отрицательных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, вторая линза – двояковогнутая, третья, шестая и девятая – двояковыпуклые, четвертая – мениск, обращенный вогнутостью к предмету, седьмая и десятая – отрицательные мениски, обращенные выпуклостью к изображению, одиннадцатая – мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Рекомендуется, чтобы в объективе выполнялись следующие соотношения фокусных расстояний (ф.р.) групп и подгрупп линз:

1.2<|f₁/f₃|<2.0

1.0<|f₁/f_1-1|<1.8

4.0<|f_1-2/f₁|<9.0

0.6<|f₃/f_3-1|<0.8

0.37<|f₃/f_3-2|<0.49, где

f₁ – ф.р. группы Г₁ (линзы 1, 2 и 3);

f₃ – ф.р. группы Г₃ (линзы 5-11);

f_1-1 – ф.р. первой линзы;

f_1-2 – ф.р. подгруппы из 2 и 3 линз;

f_3-1 – ф.р. подгруппы из 5, 6 и 7 линз;

f_3-2 – ф.р. подгруппы из 8, 9, 10 и 11 линз.

Предложенное выполнение объектива позволяет получить построение качественного изображения в единой фокальной плоскости одновременно в трех спектральных диапазонах: 1=0,5÷0,6; 2=0,6÷0,7; 3=0,79÷0,9 мкм.

Оптическая схема поясняется чертежом.

Объектив состоит из 11 одиночных линз, сгруппированных в группы Г₁ из трех линз, Г₂ – одна линза, апертурной диафрагмы (АД) и группы Г₃ из 7 линз. Эти линзы суть, по ходу луча: 1 – отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету Г_1-1; 2 – двояковогнутая линза; 3 – двояковыпуклая линза; при этом линзы 2 и 3 образуют подгруппу Г_1-2; 4 – положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету (Г₂); 5 – отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, 6 – двояковыпуклая линза, 7 – отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, при этом линзы 5, 6 и 7 образуют подгруппу Г_3-1; 8 – отрицательный мениск, аналогичный мениску 5; 9 – двояковыпуклая линза, 10 – отрицательный мениск, аналогичный мениску 7, 11 – положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом линзы 8, 9, 10 и 11 образуют подгруппу Г_3-2. Между группами Г₂ и Г₃ расположена апертурная диафрагма 12.

Конструктивные параметры варианта исполнения объектива следующие:

Фокусные расстояния групп линз и их соотношения у данного варианта исполнения следующие:

Параметры такого варианта исполнения объектива:

– рабочий спектральный диапазон	0,5÷0,9 мкм;
– фокусное расстояние	40,0 мм;
– задний фокальный отрезок	25,2 мм;
– угловое поля зрения	54°
– линейное поле в пространстве изображений	40 мм;
– относительное отверстие	1:6,0.

Объектив предназначен для работы с ПЗС-приемником. Он дает изображение объектов на приемник ПЗС-матрицы. Поэтому он рассчитан с учетом установки в промежуток S_F’ рзащитного стекла оптико-электронного блока, стекла светофильтра и фотоприемника толщиной соответственно 5 мм, 3 мм и 0,4 мм.

Качество изображения объектива характеризуются его ЧКХ.

Так, для частоты N=70 лн/мм контраст изображения составляет порядка:

где мер. – меридианальное сечение;

саг. – сагиттальное сечение.

Формула изобретения

1. Телецентрический объектив, содержащий три группы линз: из трех, одной и семи линз по ходу луча, из них первая группа Г₁ включает вторую отрицательную линзу, вторая группа Г₂ – четвертую положительную линзу, третья группа Г₃ – пятую линзу – отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, шестую положительную линзу, одиннадцатую положительную линзу, отличающийся тем, что первая и восьмая линзы – отрицательные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, вторая – двояковогнутая, третья, шестая и девятая – двояковыпуклые, четвертая – мениск, обращенный вогнутостью к предмету, седьмая и десятая – отрицательные мениски, обращенные выпуклостью к изображению, одиннадцатая – мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

2. Телецентрический объектив по п.1, отличающийся тем, что в нем выполняются следующие соотношения:

1,2<|f₁/f₃|<1,8,

1,0<|f₁/f_1-1|<2,0,

4,0<|f_1-2/f₁|<8,0,

0,6<|f₃/f_3-1|<0,8,

0,2<|f₃/f_3-2|<0,49,

где f₁ – фокусное расстояние (ф.р.) группы Г₁ (линзы 1, 2 и 3);

f₃ – ф.р. группы Г₃ (линзы 5-11);

f_1-1 – ф.р. первой линзы Г_1-1;

f_1-2 – ф.р. подгруппы Г_1-2 из 2 и 3 линз;

f_3-1 – ф.р. подгруппы Г_3-1 из 5, 6 и 7 линз;

f_3-2 – ф.р. подгруппы Г_3-2 из 8, 9, 10 и 11 линз.

РИСУНКИ