ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ Российский патент 2007 года по МПК G02B9/34 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к объективам, работающим с ПЗС-приемниками, и может быть использовано для получения информации от внешних объектов.

Известен светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по патенту России N 2024038, МПК G02B 9/12, Б.И.П.М. N22, 1994, который содержит три компонента, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету и склеенный из отрицательного и положительного менисков, второй компонент - положительный, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

Недостаток известного объектива - малый вынос входного зрачка и неудовлетворительное качество изображения.

Наиболее близким по техническому решению является широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком по патенту России N 2133488, МПК G02B 9/12, Б.И.П.М. №20, 1999, который выбран авторами за прототип.

Объектив-прототип содержит четыре компонента: первый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй компонент - положительный, третий компонент - положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, причем второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, а между вторым и третьим компонентами установлен положительный склеенный компонент, который может быть склеенным из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы либо склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска.

К недостаткам прототипа относятся малый вынос входного зрачка, малое линейное поле в пространстве изображений и неудовлетворительное качество изображения.

Задачей изобретения является создание объектива с повышенной информативностью за счет увеличения выноса входного зрачка и линейного поля в пространстве изображений с одновременным улучшением качества изображения за счет конструктивного выполнения его оптической схемы.

Решение указанной задачи достигается тем, что в широкоугольным объективе с вынесенным входным зрачком, содержащем четыре компонента, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй и третий - положительные, третий компонент склеен из двух линз, а четвертый - одиночная линза, при этом первый компонент выполнен с отношением его толщины к световому диаметру, не превышающим 0,2, второй компонент выполнен склеенным из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, а четвертый компонент - двояковогнутая линза, причем между третьим и четвертым компонентами установлена плоскопараллельная пластинка.

Выполнение первого компонента - отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, с отношением его толщины к световому диаметру, не превышающим 0,2, позволяет обеспечить увеличение выноса входного зрачка объектива, а также увеличить линейное поле изображения и минимизировать влияние аберраций высшего порядка, возникающих при увеличении поля изображения. Отношение толщины первого компонента к его световому диаметру получено расчетным путем и является оптимальным для решения задачи изобретения, при большем значении не выполняются конструктивные требования к объективу и не достигается необходимое качество изображения.

Выполнение второго компонента (в совокупности с ранее указанным признаком), склеенным из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, также ведет к увеличению выноса входного зрачка объектива, линейного поля изображения и минимизации аберраций высшего порядка, возникающих при увеличении поля изображения, в данном случае минимизируются астигмохроматические аберрации и кома высшего порядка в широком наклонном пучке.

Форма выполнения четвертого компонента в виде двояковогнутой линзы является в данном изобретении оптимальной для коррекции аберраций высшего порядка, возникающих при одновременном увеличении выноса входного зрачка и линейного поля в пространстве изображений.

Установка между третьим и четвертым компонентами плоскопараллельной пластинки выполнена для того, чтобы обеспечить функционирование объектива по настоящему изобретению в составе ПЗС-камеры. Пластинка в этом случае выполняет роль фильтра, ее толщина обычно составляет 0,1 от ее диаметра. В известных объективах фильтр располагается в фокальной плоскости и в любом случае должен быть учтен при расчете качества изображения системы в целом. Расположение плоскопараллельной пластинки непосредственно между компонентами объектива способствует коррекции аберраций, в частности астигматизма и комы, возникающих при увеличении выноса входного зрачка объектива с одновременным увеличением его поля зрения в пространстве изображений.

Указанная совокупность позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать объектив с повышенной информативностью за счет увеличения выноса входного зрачка и линейного поля в пространстве изображений с одновременным улучшением качества изображения за счет конструктивного выполнения его оптической схемы.

Совокупность всех признаков позволяет решить поставленную задачу, исключение любого из них ведет к невозможности реализации широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком, большим линейным полем в пространстве изображений, одновременно обладающим улучшенным качеством изображения.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

- на фиг.1 представлена оптическая схема широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком;

- на фиг.2 представлены графики частотно-контрастных характеристик объектива по предлагаемому изобретению.

Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, совмещенный с апертурной диафрагмой 1, содержит последовательно расположенные по ходу луча четыре компонента, первый из которых - отрицательный мениск 2, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй 3 и третий 4 - положительные, причем третий компонент склеен из двух линз 5 и 6, а четвертый - одиночная линза 8, отличающийся тем, что первый компонент 2 выполнен с отношением его толщины к световому диаметру, не превышающим 0.2, второй компонент выполнен склеенным из положительного 3 и отрицательного 4 менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, а четвертый компонент 8 - двояковогнутая линза, причем между третьим (линзы 5, 6) и четвертым 8 компонентами установлена плоскопараллельная пластинка 7.

Объектив работает следующим образом. Световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива 1-8, после которых образуется изображение в фокальной плоскости объектива. Изображение затем совмещается со светочувствительным слоем ПЗС-матрицы (не показана).

Примером конкретной реализации предлагаемого изобретения является широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, имеющий фокусное расстояние 6 мм, относительное отверстие 1:5,9 и угловое поле 2w=90 угловых градусов, толщина пластинки, выполненной из стекла БК4, составляет 1 мм.

Конструктивные параметры объектива представлены в таблице 1, а его характеристики - в таблице 2.

Таблица 1Конструктивные параметры объективаN поверхностиРадиусы, ммТолщины, ммМарки стеколСветовые диаметры, ммОбъект бесконечностьВоздух 1 - диафрагмаплоскость1.8Воздух1.02-6.2230.7ТФ103.93-38.280.1Воздух5.04-37.951.55ТФ105.25-3.320.7СТК195.56-4.3650Воздух6.4677.383.2СТК199.08-7.380.6ТФ29.09-55.850.21воздух8.4210Плоскость1.0БК48.0211Плоскость1.0воздух7.712-8.750.75ТФ107.51322.84 воздух7.6ИзображениеПлоскость воздух8.5Таблица 2Технические характеристики объектива.NНазвание характеристикиЗначение1Фокусное расстояние, мм6,02Угловое поле, угл. град903Относительное отверстие1:5,94Задний фокальный отрезок, мм1,875Общая длина, мм11,336Линейное поле, мм8,5

Техническими преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются:

- увеличение относительной величины выноса входного зрачка в 2 раза,

- увеличение линейного поля в пространстве изображений в 1,4 раза,

- улучшение качества изображения по критерию ЧКХ при частоте 50 лин/мм в 2 раза, что практически соответствует значению дифракционного предела для объектива с указанными характеристиками.

Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемому изобретению повышает его информативность, что позволяет использовать его как широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком и с большим линейным полем в пространстве изображений, обладающий качеством изображения, близким к дифракционному пределу разрешения.

Объектив может быть использован для работы с ПЗС-приемниками. Объектив с вынесенным входным зрачком содержит четыре компонента, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй и третий - положительные, а четвертый компонент - двояковогнутая линза. Второй компонент выполнен склеенным из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов. Первый компонент выполнен с отношением его толщины к световому диаметру, не превышающим 0,2. Между третьим и четвертым компонентами установлена плоскопараллельная пластинка. Технический результат - повышение информативности, получение большого линейного поля в пространстве изображений и качества изображения, близкого к дифракционному пределу разрешения. 2 ил.

Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий четыре компонента, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй и третий - положительные, причем третий компонент склеен из двух линз, а четвертый - одиночная линза, отличающийся тем, что первый компонент выполнен с отношением его толщины к световому диаметру, не превышающим 0,2, второй компонент выполнен склеенным из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, а четвертый компонент - двояковогнутая линза, причем между третьим и четвертым компонентами установлена плоскопараллельная пластинка.