ОБЪЕКТИВ "РЫБИЙ ГЛАЗ" ДЛЯ ВИДЕОКАМЕРЫ Российский патент 2009 года по МПК G02B13/06 G02B9/60 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам типа «Рыбий глаз», и может быть использовано в видеокамерах охранных систем наблюдения.

Известный объектив «Рыбий глаз» [1] содержит расположенные по ходу лучей из пространства предметов на одной оптической оси две группы линз - с отрицательной и положительной оптическими силами и апертурную диафрагму, расположенную внутри второй группы, причем первая группа линз с отрицательной оптической силой выполнена в виде двух отрицательных выпукло-вогнутых менисков и положительного компонента с двумя хроматическими склеенными поверхностями, а вторая группа линз с положительной оптической силой выполнена в виде набора из трех положительных компонентов с одной хроматической склеенной поверхностью.

Недостатком такого объектива является ограниченность углового поля 2W=180° при относительном отверстии 1:5 из-за неэффективного исправления хроматизма увеличения, т.к. склеенные хроматические поверхности положительной группы линз расположены вблизи апертурной диафрагмы.

Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому техническому решению является объектив «Рыбий глаз» [2], который содержит расположенные по ходу лучей из пространства предметов на одной оптической оси две группы линз - с отрицательной и положительной оптическими силами и апертурную диафрагму, расположенную между двумя группами, причем первая группа линз с отрицательной оптической силой выполнена в виде трех отрицательных выпукло-вогнутых менисков и положительного компонента с двумя хроматическими склеенными поверхностями, а вторая группа линз с положительной оптической силой выполнена в виде трех положительных компонентов с одной склеенной поверхностью (см. фиг.1).

Недостатком такого объектива является ограниченность углового поля 2W=180° также из-за неэффективного исправления хроматизма увеличения, т.к. склеенные хроматические поверхности расположены вблизи апертурной диафрагмы.

Для решения задачи устранения указанного недостатка в объективе «Рыбий глаз», содержащем расположенные по ходу лучей из пространства предметов на одной оптической оси две группы линз - с отрицательной и положительной оптическими силами и апертурную диафрагму, расположенную между двумя группами, причем первая группа линз с отрицательной оптической силой выполнена в виде набора из отрицательных выпукло-вогнутых менисков и одного положительного компонента, а вторая группа линз с положительной оптической силой выполнена в виде набора положительных компонентов со склеенными поверхностями, первая группа выполняется в виде двух менисков и одиночной положительной линзы, а вторая группа линз выполняется в виде одиночной положительной линзы, расположенной за апертурной диафрагмой, и положительного компонента с одной хроматической склеенной поверхностью, расположенного за линзой.

Положительный эффект достигается за счет того, что хроматическая склеенная поверхность максимально удалена от апертурной диафрагмы, за счет чего удается эффективно исправить хроматизм увеличения и увеличить угловое поле до 2W=210° при относительном отверстии 1:5.

Наличие признаков, отличающих предлагаемую систему от прототипа, подтверждает соответствие данного предложения критерию «новизна», а именно такое сочетание всех признаков устройства, не известное из научно-технической и патентной литературы, говорит о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность предлагаемого изобретения раскрыта на чертежах (фиг.2...5).

Предлагаемый объектив «Рыбий глаз» для видеокамеры (фиг.2) содержит расположенные по ходу лучей из пространства предметов на одной оптической оси две группы линз и апертурную диафрагму, расположенную между двумя группами. Первая группа линз с отрицательной оптической силой содержит два отрицательных мениска (поз.1, 2) и положительную линзу (поз.3). Вторая группа линз с положительной оптической силой содержит положительную линзу (поз.4), расположенную за апертурной диафрагмой, и положительный компонент с одной хроматической склеенной поверхностью, расположенный за линзой.

Объектив работает следующим образом.

Первая группа линз (поз.1, 2, 3) с отрицательной оптической силой формирует мнимое изображение объекта в плоскости объектов второй группы линз (поз.4, 5, 6) с положительной оптической силой. Вторая группа переносит изображение объекта в плоскость регистрации изображения.

Благодаря тому что склеенная хроматическая поверхность компонента поз.5, 6 удалена от апертурной диафрагмы, обеспечивается эффективная коррекция хроматизма увеличения, и такая система позволяет получить угловое поле 2W=210° при относительном отверстии 1:5.

Для подтверждения положительного эффекта от предлагаемого изобретения был проведен аберрационный расчет предлагаемого объектива в обратном ходе лучей при выходном угловом поле 2W=210° и относительном отверстии 1:5.

Расчеты проводились в видимом диапазоне длин волн 0,48 мкм; 0,55 мкм; 0,65 мкм для матричного приемника излучения с диагональю матрицы, равной , и размерами матрицы a_M×b_M=6,4×4,8 мм².

GENERAL LENS DATA (Основные параметры предлагаемой системы «Рыбий глаз»):

Surfaces: 13

Stop: 6

System Aperture: Object Cone Angle=5

Glass Catalogs: SCHOTT

Ray Aiming: Off

Apodization: Uniform, factor=0.00000E+000

Effective Focal Length: 1.679157 (in air at system temperature and pressure)

Effective Focal Length: 1.679157 (in image space)

Back Focal Length: -8.960269

Total Track: 1042.55

Image Space F/#: 0.6671963

Paraxial Working F/#: 170.904

Working F/#: 111.6856

Image Space NA: 0.002925607

Object Space NA: 0.08715574

Stop Radius: 0.659614

Paraxial Image Height: 71.77036

Paraxial Magnification: -29.90432

Entrance Pupil Diameter: 2.516736

Entrance Pupil Position: 9.49321

Exit Pupil Diameter: 0.2949659

Exit Pupil Position: -1009.157

Field Type: Object height in Millimeters

Maximum Field: 2.4

Primary Wave: 0.48

Lens Units: Millimeters

Angular Magnification: 8.532295

SURFACE DATA SUMMARY (Конструктивные параметры предлагаемой системы «Рыбий глаз»):SurfTypeRadiusThicknessGlassDiameterConicOBJSTANDARDInfinity4.89 4.801STANDARD20.424 1.742400,50.2300004.01939502STANDARD-2.6792 1.755000,27.0000003.45014603STANDARD-7.51613.083286004STANDARD20.422 1.742400,50.2300002.32490905STANDARD45.810.51.52915800STOSTANDARDInfinity10.51.399898007STANDARD-160.3221.75500027.5200008.0548848STANDARD-13.2439.55 8.55836509STANDARD-5.91621.742400,50.2300009.74184810STANDARDInfinity6 14.76515011STANDARD-7.51631.74240050.23000014.7279912STANDARD-311000 33.465290IMASTANDARD-1000  1162.6790

На фиг.3 представлены волновые аберрации объектива, рассчитанные в обратном ходе лучей для трех координат в плоскости матрицы:

у=0, у=1 мм, у=2,4 мм при расстоянии до объекта, равном 1000 мм.

На фиг.4 показаны распределения энергии в пятнах рассеяния на поверхности объектов на расстоянии 1000 мм, соответствующие трем координатам в плоскости матрицы: у=0, у=1 мм, у=2,4 мм.

На фиг.5 показаны функции рассеяния точки (ФРТ) на поверхности объектов на расстоянии 1000 мм, соответствующие трем координатам в плоскости матрицы: у=0, у=1 мм, у=2,4 мм.

Из приведенных результатов расчета следует, что предлагаемый объектив разрешает на расстоянии 1000 мм пятно диаметром 1 мм или в угловой мере - 3 угловые минуты.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. М.М.Русинов. Техническая оптика. Л.: Машиностроение, 1979, с.454-455.

2. JP 2006017837 (прототип).

Изобретение может быть использовано в видеокамерах охранных систем наблюдения. Объектив содержит расположенные по ходу лучей первую группу линз с отрицательной оптической силой, вторую группу линз с положительной оптической силой и расположенную между ними апертурную диафрагму. Первая группа линз выполнена в виде двух отрицательных выпукло-вогнутых менисков и одиночной положительной линзы. Вторая группа линз выполнена в виде одиночной положительной линзы, расположенной за апертурной диафрагмой, и расположенного за ней положительного двухлинзового склеенного компонента. Технический результат - обеспечивается исправление хроматизма увеличения и увеличение углового поля до 2W=210° при относительном отверстии 1:5. 5 ил.

Объектив «Рыбий глаз» для видеокамеры, содержащий расположенные по ходу лучей из пространства предметов на одной оптической оси две группы линз с отрицательной и положительной оптическими силами и апертурную диафрагму, расположенную между двумя группами, отличающийся тем, что группа линз с отрицательной оптической силой состоит по ходу лучей из пространства предметов из двух отрицательных выпукло-вогнутых менисков и одиночной положительной линзы, а группа линз с положительной оптической силой состоит по ходу лучей из пространства предметов из одиночной положительной линзы и двухлинзового положительного компонента со склеенными поверхностями между указанными двумя линзами, причем фокусное расстояние объектива определяется его угловым полем и параметрами матрицы видеокамеры по формуле

f=a_эN/2W,

где а_э - размер элемента матрицы видеокамеры, мм;

N - число элементов матрицы на меньшей стороне;

2W - угловое поле объектива рад.