СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2007 года по МПК G02B9/64 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице и в работе с различными приемниками изображения.

Известен светосильный объектив [1], содержащий семь компонентов. Первый компонент выполнен в виде плосковыпуклой линзы, второй и третий компоненты содержат отрицательные мениски, обращенные выпуклой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, пятый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, шестой компонент - положительный мениск, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, седьмой компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы. Апертурная диафрагма размещена между пятым и шестым компонентами. Данная конструкция объектива обеспечивает значение коэффициента передачи модуляции для точки на оси у'=0 на частоте N=50 мм^-1 не более 0.6 при относительном отверстии 1:1.4.

Наиболее близким к предлагаемому объективу является светосильный объектив типа Гаусса [2], состоящий из семи компонентов. Первый и второй компоненты представляют собой положительные мениски, обращенные вогнутой поверхностью к пространству изображений. Третий компонент выполнен в виде отрицательного двусклеенного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительного и отрицательного менисков. Четвертый компонент содержит положительный двусклеенный мениск, состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Пятый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Шестой компонент содержит одиночную двояковыпуклую линзу. Седьмой компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы. Апертурная диафрагма размещается между третьим и четвертым компонентами. Недостатками прототипа являются сравнительно невысокие значение коэффициентов передачи модуляции (Т) для точки на оси, не превышающие 0.6 на частоте N=50 мм^-1, при фокусном расстоянии объектива, превышающем 60 мм и относительном отверстии 1:1.3, а также относительная дисторсия объектива, превышающая 1% для угла поля зрения 2W=20°.

Задачей изобретения является повышение качества изображения за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции и уменьшение дисторсии объектива.

Светосильный объектив содержит семь компонентов, расположенных последовательно на оптической оси, и апертурную диафрагму, первый и второй компоненты которого представляют собой положительные мениски, обращенные вогнутыми поверхностями к пространству изображений, третий компонент выполнен в виде отрицательной двусклеенной линзы, четвертый, пятый и шестой компоненты - положительные линзы, седьмой компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, отличающийся тем, что дополнительно содержит восьмой компонент, расположенный на оптической оси после седьмого компонента и выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, отрицательная двусклеенная линза третьего компонента состоит из двояковогнутой линзы и положительного мениска, пятый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, шестой компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, апертурная диафрагма расположена между вторым и третьим компонентами, толщина второго компонента составляет не менее 0.15 фокусного расстояния объектива, расстояние между вторым и третьим компонентами составляет не менее 0.25 фокусного расстояния объектива, а оптическая сила восьмого компонента составляет не менее 0.3 оптической силы объектива.

Выбор толщины второго компонента не менее 0.15 фокусного расстояния объектива позволил исправить кому.

Конструкция третьего компонента, выполненного в виде отрицательной двусклеенной линзы, состоящей из двояковогнутой линзы и положительного мениска, обеспечивает высокую коррекцию сферохроматической аберрации.

Конструкция шестого компонента, выполненного в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений обеспечивает высокую коррекцию сферической аберрации объектива и комы.

Введение восьмого компонента, выполненного в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, выбор оптической силы этого компонента не менее 0.3 оптической силы объектива позволили уменьшить дисторсию объектива до 0.7% для угла поля зрения 2W=20°.

Выбор расстояния между вторым и третьим компонентами не менее 0.25 фокусного расстояния объектива позволил исправить аберрации широких наклонных пучков.

Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне λ=680 нм...820 нм, имеет фокусное расстояние 80 мм и относительное отверстие 1:1.3. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции для пространственной частоты N=60 мм^-1 в точке на оси у'=0 составляют не менее 0.85, на краю поля зрения 2W=20° не менее 0.32, что позволяет получать на приемнике изображения объектов малого контраста.

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.

На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R - радиусы кривизны поверхностей линз, D - расстояния между поверхностями линз, n_е - показатель преломления стекол линз для линии е(λ=546 нм), ν - число Аббе для линии е.

На фиг.3 приведен график поперечной сферической аберрации объектива.

На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=20°.

На фиг.5 приведен график относительной дисторсии.

На фиг.6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.

На фиг.7 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки поля зрения 2W=20°.

Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже.

λ, мкм680725766.5775820С0.10.810.80.1

Объектив (фиг.1) состоит из последовательно расположенных на оптической оси восьми компонентов. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска 1, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент выполнен в виде положительного мениска 2, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, его толщина равна 12 мм, что составляет не менее 0.15 фокусного расстояния объектива. Третий компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковогнутой линзы 3 и положительного мениска 4. Четвертый и пятый компоненты выполнены в виде двояковыпуклых линз 5 и 6 соответственно. Шестой компонент выполнен в виде положительного мениска 7, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Седьмой компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы 8. Восьмой компонент выполнен в виде положительного мениска 9, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Его оптическая сила составляет 0.309 оптической силы объектива. При расчете объектива учтена толщина светофильтра 10 и защитного стекла приемника. Апертурная диафрагма 11 расположена в воздушном промежутке между вторым и третьим компонентами на расстоянии 4 мм от вогнутой поверхности второго компонента. Расстояние между вторым и третьим компонентами равно 20 мм, что составляет 0.25 фокусного расстояния объектива.

Графики аберраций, приведенные на фиг.3 и 4, а также графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг.6 и 7, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения, что позволяет получить изображения объектов с малым контрастом, график дисторсии, приведенный на фиг.3 подтверждает уменьшение дисторсии по сравнению с прототипом.

В предлагаемом объективе выбор конструкции третьего компонента в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковогнутой линзы и положительного мениска, шестого компонента в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, восьмого компонента, выполненного в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, а также выбор толщины второго компонента не менее 0.15 фокусного расстояния объектива и расстояния между вторым и третьим компонентами не менее 0.25 фокусного расстояния объектива, позволил уменьшить дисторсию и получить высокое качество изображения на ПЗС-матрице или другом приемнике.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=20° попадает на первую поверхность первого компонента объектива и, преломившись через поверхности девяти линз, фокусируется в плоскости изображения.

Источники информации

1. А.с. SU №1663596 А1, публ. 1991 г., МПК G02B 11/34.

2. A.c. SU №932442, публ. 1982, МПК G02B 9/62 - прототип.

Изобретение может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице и в работе с различными приемниками изображения. Объектив содержит восемь компонентов, расположенных последовательно на оптической оси, и апертурную диафрагму, расположенную между вторым и третьим компонентами. Первый и второй компоненты - положительные мениски, обращенные вогнутыми поверхностями к пространству изображений. Третий компонент - отрицательная двусклеенная линза, состоящая из двояковогнутой линзы и положительного мениска, а четвертый, пятый и шестой - положительные линзы. Седьмой компонент - двояковогнутая линза, а дополнительно введенный восьмой - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Пятый компонент - двояковыпуклая линза, шестой - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Толщина второго компонента составляет не менее 0,15 фокусного расстояния объектива, расстояние между вторым и третьим компонентами составляет не менее 0,25 фокусного расстояния объектива, а оптическая сила восьмого компонента составляет не менее 0,3 оптической силы объектива. Технический результат - повышение качества изображения за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции и уменьшения дисторсии объектива. 7 ил.

Светосильный объектив, содержащий семь компонентов, расположенных последовательно на оптической оси, и апертурную диафрагму, первый и второй компоненты которого представляют собой положительные мениски, обращенные вогнутыми поверхностями к пространству изображений, третий компонент выполнен в виде отрицательной двусклеенной линзы, четвертый, пятый и шестой компоненты - положительные линзы, седьмой компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, отличающийся тем, что дополнительно содержит восьмой компонент, расположенный на оптической оси после седьмого компонента и выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, отрицательная двусклеенная линза третьего компонента состоит из двояковогнутой линзы и положительного мениска, пятый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, шестой компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, апертурная диафрагма расположена между вторым и третьим компонентами, толщина второго компонента составляет не менее 0,15 фокусного расстояния объектива, расстояние между вторым и третьим компонентами составляет не менее 0,25 фокусного расстояния объектива, а оптическая сила восьмого компонента составляет не менее 0,3 оптической силы объектива.