ОБЪЕКТИВ Российский патент 2009 года по МПК G02B9/60 

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

Известен объектив из пяти компонентов [1], первый компонент которого - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов и склеенный из отрицательной и положительной линз, второй компонент - одиночная положительная линза, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, пятый компонент выполнен в виде положительной линзы, склеенной из положительной и отрицательной линз. Данный объектив имеет хорошее качество изображения при относительном отверстии не более 1:2,5 и угле поля зрения 2W=3°.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из двояковыпуклой линзы, положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительного и отрицательного менисков, отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, одиночных двояковыпуклой линзы, двояковогнутой линзы и двояковыпуклой линзы. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображения при относительном отверстии 1:1,8 и угле поля зрения 2W=6°.

Задачей изобретения является повышение относительного отверстия и увеличение поля зрения объектива при сохранении высокого качества изображения.

Объектив содержит последовательно расположенные на оптической оси положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, одиночные двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, в отличие от прототипа положительный мениск склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, между одиночными двояковыпуклой и двояковогнутой линзами расположен одиночный положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, при этом расстояние между одиночным отрицательным мениском и одиночной двояковыпуклой линзой составляет не менее 0,47 фокусного расстояния объектива, расстояние между одиночной двояковыпуклой линзой и одиночным положительным мениском составляет не менее 0,09 фокусного расстояния объектива, а сумма оптических сил всех элементов объектива не превышает 0,004 мм^-1.

Конструкция положительного, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и одиночного положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, расположенного между одиночными двояковыпуклой и двояковогнутой линзами, выбор расстояния между одиночным отрицательным мениском и одиночной двояковыпуклой линзой не менее 0,47 фокусного расстояния объектива обеспечили высокую степень коррекции сферической аберрации и комы для точки на оси при относительном отверстии объектива, увеличенном до 1:1,5.

Выбор расстояний между одиночной двояковыпуклой линзой и одиночным положительным мениском не менее 0,09 фокусного расстояния объектива и выбор суммы оптических сил всех элементов объектива близкой к 0, а именно не более 0,004 мм^-1, позволяет исправить кривизну изображения, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков при увеличении поля зрения до 2W=11°.

Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне λ=(770…910) нм, имеет фокусное расстояние 51 мм, относительное отверстие 1:1,5, входной зрачок диаметром 34 мм совпадает с первой поверхностью объектива, поле зрения объектива 2W=11°. Высокая степень коррекции аберраций осевого пучка, исправление кривизны изображения, астигматизма и аберраций широких наклонных пучков позволили получить концентрацию энергии в кружке диаметром 0,017 мм не менее 95% для точки на оси и не менее 90% для края поля зрения.

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_e - 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 для угла поля зрения 2W=11°.

Объектив (фиг.1) состоит из положительного мениска 1, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, оптическая сила мениска равна 0,01175 мм^-1, отрицательного мениска 2, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, его оптическая сила равна -0,00592 мм^-1, двояковыпуклой линзы 3, ее оптическая сила равна 0,018 мм^-1, положительного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, его оптическая сила равна 0,02676 мм^-1, двояковогнутой линзы 5, ее оптическая сила равна -0,04697 мм^-1. Оптические силы элементов объектива рассчитаны для длины волны λ=840 нм. Расстояние между одиночным отрицательным мениском и одиночной двояковыпуклой линзой равно 25 мм, что составляет 0,49 фокусного расстояния объектива. Расстояние между одиночной двояковыпуклой линзой и одиночным положительным мениском равно 5 мм, что составляет 0,098 фокусного расстояния объектива. Сумма оптических сил элементов объектива равна 0,00362 мм^-1. Объектив рассчитан со светофильтром 6.

Выбор конструкции положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и одиночного положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, выбор расстояний между одиночным отрицательным мениском и одиночной двояковыпуклой линзой, одиночной двояковыпуклой линзой и одиночным положительным мениском не менее 0,47 и не менее 0,09 фокусного расстояния объектива соответственно суммы оптических элементов объектива близкой к 0, а именно не более 0,004 мм^-1, обеспечили высокое качество изображения при увеличении относительного отверстия объектива до 1:1,5 и угла поля зрения до 2W=11° пo сравнению с прототипом. Графики аберраций, приведенные на фиг.3 и 4, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=11° проходит через входной зрачок объектива диаметром 34 мм, совпадающий с первой поверхностью и, преломившись через поверхности линз 1-5 и светофильтр 6, фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.

Источники информации

1. Патент BY №2797, публикация 2006 г., МПК G02B 9/00.

2. Патент BY №1977, публикация 2005 г., МПК G02B 9/62 - прототип.

Изобретение может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице. Объектив содержит последовательно расположенные на оптической оси положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, одиночную двояковыпуклую линзу, одиночный положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, и двояковогнутую линзу. Расстояние между одиночными отрицательным мениском и двояковыпуклой линзой составляет не менее 0,47 фокусного расстояния объектива. Расстояние между одиночной двояковыпуклой линзой и одиночным положительным мениском не менее 0,09 фокусного расстояния объектива. Сумма оптических сил всех элементов объектива не превышает 0,004 мм^-1. Технический результат - повышение относительного отверстия и увеличение поля зрения объектива при сохранении высокого качества изображения. 4 ил.

Объектив, содержащий последовательно расположенные на оптической оси положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, одиночные двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, отличающийся тем, что положительный мениск склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, между одиночными двояковыпуклой и двояковогнутой линзами расположен одиночный положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, при этом расстояние между одиночным отрицательным мениском и одиночной двояковыпуклой линзой составляет не менее 0,47 фокусного расстояния объектива, расстояние между одиночной двояковыпуклой линзой и одиночным положительным мениском составляет не менее 0,09 фокусного расстояния объектива, а сумма оптических сил всех элементов объектива не превышает 0,004 мм^-1.