СВЕТОСИЛЬНЫЙ 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 силового и коррекционного компонентов. Силовой компонент состоит из положительной двухлинзовой склейки, одиночного мениска, отрицательной двухлинзовой склейки, установленной после одиночного мениска, коррекционный компонент выполнен в виде двух менисков, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу. Данная конструкция объектива обеспечивает относительно высокое качество изображения при относительном отверстии 1:1,5, угле поля зрения 2W=12° в спектральном диапазоне 680…880 нм. Коэффициент передачи контраста на частоте 50 мм^-1 для точки на оси составляет 0,62.

Задачей изобретения является повышение качества изображения путем повышения коэффициентов передачи модуляции при увеличении спектрального диапазона до 560…1000 нм при сохранении относительного отверстия.

Светосильный объектив, включающий установленные по ходу луча силовой и коррекционный компоненты, при этом силовой компонент содержит положительную двусклеенную линзу, отрицательную двусклеенную линзу и одиночный мениск, коррекционный компонент содержит одиночный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, и линзу, отличается от прототипа тем, что отрицательная двусклеенная линза силового компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и состоит из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, одиночный мениск силового компонента выполнен положительным, обращенным вогнутой поверхностью к пространству изображений, и расположен после отрицательной двусклеенной линзы, одиночный мениск коррекционного компонента выполнен положительным, а линза коррекционного компонента выполнена двояковогнутой и расположена после положительного одиночного мениска, расстояние между отрицательной двусклеенной линзой и положительным одиночным мениском силового компонента составляет не менее 0,3 фокусного расстояния объектива, причем одиночный мениск силового компонента изготовлен из материала, имеющего число Аббе более 81, сумма оптических сил силового и коррекционного компонентов не превышает 0,004 мм^-1.

Конструкция отрицательной двусклеенной линзы силового компонента, выполненного в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, изготовленного из материала, имеющего число Аббе более 81, выбор расстояния между отрицательной двусклеенной линзой и положительным одиночным мениском не менее 0,3 фокусного расстояния объектива обеспечили высокую степень коррекции сферохроматических аберраций, комы и вторичного спектра в широком спектральном диапазоне 560…1000 нм для точки на оси при относительном отверстии объектива не менее 1:1,5.

Выполнение коррекционного компонента в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и отрицательной линзы, расположенной после положительного мениска и выполненной двояковогнутой, выбор сумм оптических сил силового и коррекционного компонентов, близкой к 0, а именно не более 0,004 мм^-1, позволяет исправить кривизну изображения, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков.

Предлагаемый светосильный объектив работает в спектральном диапазоне λ=560…1000 нм, имеет фокусное расстояние 75 мм, относительное отверстие 1:1,5, входной зрачок диаметром 50 мм совпадает с первой поверхностью объектива, поле зрения объектива 2W=6°.

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого светосильного объектива.

На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз светосильного 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 светосильного объектива.

На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=6°.

На фиг.5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.

На фиг.6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=6°.

Светосильный объектив (фиг.1) состоит из силового I и коррекционного II компонентов, установленных по ходу луча на оптической оси. Силовой компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой 1 и двояковогнутой 2 линз, отрицательную двусклеенную линзу, выполненную в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, состоящую из двояковогнутой 3 и двояковыпуклой 4 линз, и одиночный положительный мениск 5, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Одиночный положительный мениск 5 изготовлен из стекла марки N-PK52A фирмы SCHOTT, имеющего число Аббе ν_e=81,21. Расстояние между отрицательной двусклеенной линзой и положительным мениском равно 23 мм, что составляет 0,306 фокусного расстояния объектива. Фокусное расстояние силового компонента равно 76,82 мм. Коррекционный компонент II состоит из двух линз: одиночного положительного мениска 6, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и отрицательной линзы 7, выполненной двояковогнутой. Фокусное расстояние коррекционного компонента равно -104,65 мм. Сумма оптических сил силового и коррекционного компонентов составляет 1/76,82+(-1/104,65)-0,0036 мм^-1.

Выбор конструкции отрицательной двусклеенной линзы силового компонета, выбор материала одиночного положительного мениска 5 силового компонента, имеющего число Аббе более 81, расстояния между отрицательной двусклеенной линзой и одиночным положительным мениском силового компонента не менее 0,3 фокусного расстояния объектива, выбор конструкции коррекционного компонента и суммы оптических сил силового и коррекционного компонентов, не превышающей 0,004 мм^-1, обеспечили более высокое качество изображения при относительном отверстии объектива 1:1,5 и спектральном диапазоне от 560 нм до 1000 нм по сравнению с прототипом. Так, величина поперечной сферической аберрации не превышает 0,009 мм, величина вторичного спектра для параксиальных величин составляет 0,062 мм. Аберрации узких пучков не превышают следующих значений: астигматизм составляет 0,008 мм, кривизна изображения - 0,016 мм, дисторсия - 0,036% для угла поля зрения 2W=6°. Аберрации широких наклонных пучков не превышают 0,02 мм. Хроматизм увеличения составляет 0,0017 мм для края поля зрения. Такое исправление аберраций позволило получить коэффициенты передачи модуляции не менее 0,8 для точки на оси и не менее 0,6 для края поля зрения для частоты 60 мм^-1.

Графики аберраций, приведенные на фиг.3 и 4, подтверждают, что светосильный объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=6° проходит через входной зрачок объектива диаметром 50 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз силового компонента 1-5, линзы коррекционного компонента 6,7 и светофильтр 8, фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.

Источники информации

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

2. Патент RU №2218585, публикация 2003 г., МПК G02B 9/60 - прототип.

Объектив может использоваться для формирования изображения на ПЗС-матрице. Объектив включает силовой и коррекционный компоненты. Силовой компонент содержит положительную двусклеенную линзу, отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов и склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, и одиночный положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Коррекционный компонент содержит одиночный положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, и двояковогнутую линзу. Расстояние между отрицательным и положительным менисками силового компонента составляет не менее 0,3 фокусного расстояния объектива. Одиночный положительный мениск силового компонента изготовлен из материала, имеющего число Аббе более 81. Сумма оптических сил силового и коррекционного компонентов не превышает 0,004 мм^-1. Технический результат - повышение качества изображения за счет повышения коэффициентов передачи модуляции при увеличении спектрального диапазона до 560…1000 нм при сохранении относительного отверстия. 6 ил.

Светосильный объектив, включающий установленные по ходу луча силовой и коррекционный компоненты, при этом силовой компонент содержит положительную двусклеенную линзу, отрицательную двусклеенную линзу и одиночный мениск, коррекционный компонент содержит одиночный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, и линзу, отличающийся тем, что отрицательная двусклеенная линза силового компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и состоит из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, одиночный мениск силового компонента выполнен положительным, обращенным вогнутой поверхностью к пространству изображений, и расположен после отрицательной двусклеенной линзы, одиночный мениск коррекционного компонента выполнен положительным, а линза коррекционного компонента выполнена двояковогнутой и расположена после положительного одиночного мениска, расстояние между отрицательной двусклеенной линзой и положительным одиночным мениском силового компонента составляет не менее 0,3 фокусного расстояния объектива, причем одиночный мениск силового компонента изготовлен из материала, имеющего число Аббе более 81, сумма оптических сил силового и коррекционного компонентов не превышает 0,004 мм^-1.