Телецентрический объектив

Телецентрический объектив

Реферат

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: Δλ1=0,5÷0,6; Δλ2=0,6÷0,7; Δλ3=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:

Радиусы	Толщины	Марка стекла	Диаметры поверхн.
R1=45,08			38,5
	d1=5,0	TK21
R2=22,18			31,4
	d2=8,0
R3=-3311,0			30,8
	d3=5,0	ТФ2
R4=27,29			28,4
	d4=8,7
R5=159,96			30,4
	d5=8,0	ТФ2
R6=-41,4			31,1
	d6=8,3
R7=-35,4			28,6
	d7=8,0	OK4
R8=25,59			29,1
	d8=25,0
R9=0,0			11,9
	d9=13,7
R10=113,18			19,3
	d10=5,0	К8
R11=26,06			21,2
	d11=2,0
R12=30,27			23,5
	d12=10,0	OK4
R13=-24,77			25,0
	d13=1,9
R14=-22,8			25,0
	d14=5,0	ТФ2
R15=-35,08			28,0
	d15=10,0
R16=218,3			31,7
	d16=5,0	К8
R17=32,66			32,9
	d17=3,0
R18=41,86			35,4
	d18=12,0	ОК4
R19=-29,51			36,0
	d19=10,1
R20=-32,06			32,9
	d20=5,0	ТК21
R21=-73,62			35,3
	d21=10,0
R22=137,72			37,8
	d22=8,0	К8
R23=610,9			38,0

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

f1=-115,9	|f1:f3|=1,53
f3=75,07	|f1:f1-1|=1,56
f1-1=-73,79	|f1-2:f1|=6,1
f1-2=709,2	|f3:f3-1|=0,67
f3-1=112,02	|f3:f3-2|=0,44
f3-2=170,14

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:

	Диапазон, мкм
0,5÷0,6	0,6÷0,7	0,79÷0,9
Мер.	Саг.	Мер.	Саг.	Мер.	Саг.
Точка на оси	0,67	0,6	0,5
Середина поля зрения	0,58	0,64	0,58	0,58	0,51	0,55
Край поля зрения	0,43	0,56	0,38	0,53	0,42	0,46

где мер. - меридианальное сечение;

саг. - сагиттальное сечение.

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.