СВЕТОСИЛЬНЫЙ ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ Российский патент 1994 года по МПК G02B9/12 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее - к телевизионным объективам, и может быть использовано как с телевизионными трубками, так и с ПЗС - приемниками для получения визуальной информации от внешних объектов.

Известен светосильный объектив фирмы Тейлор-Гобсон (Великобритания) - "Кук-спид-панхро-ленз", имеющий фокусное расстояние 18 мм, относительное отверстие 1:2, угловое поле 90 угл. град [1].

Известный объект имеет шесть компонентов, состоящих из семи линз, имеется асферическая поверхность, диафрагма расположена в воздушном промежутке после пятого компонента.

К недостаткам известного объектива следует отнести неравномерность освещенности и качества изображения от центра кадра к его краям, возникающее из-за низкого качества аберрационной коррекции на краю кадра и необходимости вследствие этого введения значительного геометрического виньентирования.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и конструктивным особенностям является светосильный гидрообъектив с вынесенным входным зрачком [2], который выбирается в качестве прототипа предлагаемого изобретения.

Объектив-прототип содержит четыре компонента, первый из которых - плосковыпуклая линза, а второй - отрицательный, склеенный из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, третий - двояковыпуклая одиночная линза, а четвертый - положительный, обращенный вогнутостью к пространству изображений.

Известный объектив имеет относительное отверстие 1:2, угловое поле 70 угл. град. при фокусном расстоянии 19 мм.

К недостаткам прототипа относятся малое относительное отверстие и невысокое качество изображения в видимом спектральном диапазоне, которое является удовлетворительным при работе в водной среде, но неприемлемо для работы из воздуха.

Для объектива-прототипа модули радиусов кривизны поверхности определяются из условия: r<r<r<rr<r<r, где r₁-r₉ - радиусы кривизны поверхностей объектива-прототипа, что не позволяет реализовать высокую светосилу объектива при большом угловом поле, малых габаритах и высоком качестве изображений.

Цель изобретения - увеличение относительного отверстия, углового поля с одновременным повышением равномерности освещенности в плоскости изображения и качества аберрационной коррекции в видимом спектральном диапазоне, что приводит к улучшению качества изображения.

Сущность изобретения заключается в том, что в светосильном широкоугольном объективе с вынесенным входным зрачком, состоящем из трех компонентов, первый из которых - отрицательный, склеенный из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, второй - положительный, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, второй компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, и выполняются следующие соотношения для модулей радиусов кривизны поверхностей: r<r= r<r<r<r= r, где r₁-r₈ - соответственно радиусы кривизны поверхностей 1-8.

Выполнение второго компонента склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, позволяет корректировать сферическую аберрацию как для точки на оси, так и в широких наклонных пучках, в том числе и в сагиттальном и косом сечениях, что позволяет увеличить относительное отверстие и угловое поле объектива, кроме того, благодаря такому выполнению компонента удается получить положительное аберрационное виньентирование, приводящее к улучшению равномерности освещенности в плоскости изображения. Весьма важным является соблюдение соотношений между радиусами объектива, так как именно соотношение модулей радиусов кривизны поверхностей влияет на распределение вкладов аберраций по поверхностям. Только при таких соотношениях удается добиться минимизации аберрации высших порядков в широких наклонных пучках, за счет чего возникает возможность увеличения относительного отверстия и углового поля объектива, повышается качество изображения и отпадает необходимость введения значительного геометрического виньентирования, приводящего к падению освещенности в плоскости изображения. Вторая линза первого компонента и третий компонент выполнены из одной марки стекла, радиусы, третий и пятый, а также четвертый и восьмой попарно равны, что делает объектив более технологичным при изготовлении и позволит легко изготовить его при серийном производстве.

На фиг. 1 представлена оптическая схема объектива; на фиг. 2-7 - графики остаточных аберраций объектива по предлагаемому изобретению, где на фиг. 2 - продольная сферическая аберрация; на фиг. 3 - то же, поперечная; на фиг. 4 - аберрации главных лучей; на фиг. 5 - аберрации меридианных пучков; на фиг. 6 - волновая аберрация осевого пучка; на фиг. 7 - волновые аберрации меридианных пучков.

Объектив содержит последовательно расположенные по ходу луча апертурную диафрагму 1, отрицательный мениск 2, положительный мениск 3, двояковыпуклую линзу 4, отрицательный мениск 5, положительный мениск 6. Линзы 2 и 3 склеены и образуют первый компонент, линзы 4 и 5 образуют второй компонент, третий компонент состоит из одиночной линзы 6. Апертурная диафрагма 1 вынесена вперед и является входным зрачком объектива.

Световой поток от объекта, расположенного в бесконечности, попадает через вынесенный вперед входной зрачок 1 в объектив, где проходит последовательно линзы 2-6 и образует изображение в задней фокальной плоскости объектива, в которой устанавливается приемник оптического изображения, например, ПЗС-матрица.

Примером конкретной реализации предлагаемого изобретения является объектив, имеющий фокусное расстояние 5,5 мм, угловое поле - 90 угл. град, относительное отверстие - 1:1,5, спектральный диапазон работы - видимый, максимальное значение функции светораспределения на краю поля - 75%, максимальное значение кружка рассеяния по полю изображения - не более 0,08 мм.

Технические параметры объектива, реализующего изобретение, представлены в таблице.

Техническими преимуществами объекта по предлагаемому изобретению является увеличение относительного отверстия в 1,5 раза; улучшение равномерности освещенности на краю поля в 1,5 раза.

Дополнительными техническими преимуществами являются улучшение коррекции аберраций по критерию пятна рассеяния в 2,5 раза; расширение спектрального диапазона в 3 раза.

Использование: изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для получения визуальной информации от внешних объектов совместно с телевизионными трубками и с ПЗС-приемниками. Сущность изобретения: объектив состоит из трех компонентов, первый из которых - отрицательный, склеенный из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью в пространство предметов, второй - положительный, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, третий - положительный мениск, а модули радиусов кривизны поверхностей определены из соотношения, приведенного в описании. 7 ил., 1 табл.

СВЕТОСИЛЬНЫЙ ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ, содержащий три компонента, первый из которых - отрицательный, склеенный из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, второй - положительный, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, отличающийся тем, что второй компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, а модули радиусов кривизны поверхностей линз r₁ - r₈ определяются из соотношения
r<r=r<r<r<r=r,