Патент на изобретение №2393515

(54) ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ

(57) Реферат:

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 =450÷750 нм. На пространственной частоте =80 мм^-1 коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля Т_Ц()=0,5; в зоне 0,8 углового поля (2W=35°) Т_К()=0,2. Дисторсия в зоне 0,8 углового поля равна =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·F₀0<1,5·F₀;

0,9·F₀4<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·F₀0<1,5·F₀;

0,9·F₀4<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 =450÷650 нм,

– дисторсия на краю поля =2,8%.

Коррекция аберраций объектива обеспечивает высокий коэффициент передачи контраста в пределах всего углового поля. На пространственной частоте ₁=80 мм^-1 коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля Т_Ц(₁)=0,6; на краю углового поля Т_К(₁)=0,3. Соответственно, на пространственной частоте ₂=120 мм^-1 коэффициент передачи контраста равен: в центре углового поля Т_Ц(₂)=0,4; на краю углового поля Т_К(₂)=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.

Формула изобретения

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·F₀0<1,5·F₀; 0,9·F₀4<1,4·F₀

РИСУНКИ