ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ ТИПА РЫБИЙ ГЛАЗ Российский патент 2010 года по МПК G02B9/64 

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

Известен широкоугольный объектив по патенту США, № 7,239,456 В2, МПК G02B 13/04, дата публикации 06.10.2005 г., который содержит 10 компонентов.

Объектив-аналог имеет угловое поле 100 угловых градусов и относительное отверстие 1:2.8.

Недостатки известного объектива - малое угловое поле и неудовлетворительное качество изображения.

Наиболее близким по техническому решению является широкоугольный объектив типа рыбий глаз по патенту США № 7,161,746 В2, МПК G02B 13/04, дата публикации 05.05.2005 г., который выбран авторами за прототип.

Объектив-прототип содержит семь компонентов, первый и второй из которых - отрицательные мениски, обращенные вогнутостью к пространству изображений, третий - склеенный из отрицательной и положительной линз, четвертый - плоскопараллельная пластинка, пятый компонент - положительный, шестой склеен из отрицательной и положительной линз, а седьмой - положительный, причем апертурная диафрагма расположена после третьего компонента.

Объектив-прототип имеет угловое поле близкое к 180 угловым градусам и относительное отверстие 1:2.8, качество изображения, особенно на краях поля, является неудовлетворительным.

К недостаткам прототипа относится неудовлетворительное качество изображения, которое снижает информативность объектива.

Задачей изобретения является создание объектива с повышенной информативностью с одновременным улучшением качества изображения по всему полю за счет конструктивного выполнения его оптической схемы.

Решение указанной задачи достигается тем, что в широкоугольном объективе типа рыбий глаз, содержащем семь компонентов, первый и второй из которых - отрицательные мениски, обращенные вогнутостью к пространству изображений, третий - склеенный из отрицательной и положительной линз, пятый компонент - положительный, шестой склеен из отрицательной и положительной линз, а седьмой - положительный, четвертый компонент склеен из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, пятый компонент склеен из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к объекту, а седьмой компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, при этом апертурная диафрагма расположена между четвертым и пятым компонентами.

Кроме того, объектив по п.1, отличающийся тем, что положительная линза третьего компонента выполнена двояковыпуклой.

Кроме того, объектив по п.1, отличающийся тем, что отрицательная линза шестого компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению.

Выполнение первого и второго компонентов в виде отрицательных менисков, обращенных вогнутостью к объекту, является традиционным для широкоугольных объективов и часто встречается в оптических системах.

Выполнение положительной линзы склеенного третьего компонента в форме двояковыпуклой линзы влияет на аберрации высшего порядка в широких наклонных пучках, в то время как форма слабого положительного мениска у прототипа дает большие значения аберраций высшего порядка, что ухудшает качество изображения, особенно при угловых полях, превышающих 100 угловых градусов.

Форма выполнения четвертого компонента склеенным из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, воздействует на кому высшего порядка и одновременно улучшает светораспределение в плоскости изображения.

Выполнение пятого компонента, склеенным из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к объекту, кроме коррекции сферической аберрации для точки на оси, включающей в себя и коррекцию хроматических аберраций, позволяет корректировать аберрации в зрачках и аберрации высшего порядка в широких наклонных пучках для зоны углового поля.

Выполнение шестого компонента таким образом, что отрицательная линза шестого компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению, позволяет корригировать хроматическую дисторсию, возникающую при увеличении углового поля свыше 90 угловых градусов.

Выполнение седьмого компонента, склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, позволяет исправлять астигмо-хроматические аберрации и кривизну поля, а также аберрации высшего порядка в широких наклонных пучках.

Расположение апертурной диафрагмы между четвертым и пятым компонентами (у прототипа - между третьим и четвертым компонентами) позволяет улучшить коррекцию астигматических аберраций, в том числе и астигмо-хроматизма и аберраций в зрачках, которые сильно влияют на качество изображения при больших углах, при которых работает объектив типа рыбий глаз.

Плоскопараллельная пластинка, установленная в плоскости изображения, должна учитываться при коррекции аберраций, поскольку она расположена в сходящемся пучке лучей. Пластинка является элементом приемника изображения ПЗС-матрицы и обеспечивает функционирование ПЗС-камеры.

Указанная совокупность обеспечивает необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать объектив с повышенной информативностью 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 по всему полю.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

- на фиг.1 представлена оптическая схема широкоугольного объектива типа рыбий глаз;

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

Широкоугольный объектив типа рыбий глаз, содержит последовательно расположенные по ходу луча семь компонентов, первый и второй - отрицательные мениски 1 и 2, обращенные вогнутостью к пространству изображений, третий компонент склеен из отрицательной 3 и положительной 4 линз, четвертый компонент склеен из отрицательного 5 и положительного 6 менисков, обращенных вогнутостью к изображению, апертурную диафрагму 7, пятый компонент склеен из положительного 8 и отрицательного 9 менисков, обращенных вогнутостью к объекту, шестой компонент склеен из отрицательного 10 и положительного 11 компонентов, седьмой склеен из положительного 12 и отрицательного 13 компонентов, а после седьмого компонента расположена плоскопараллельная пластинка 14.

Объектив работает следующим образом: световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива 1-14, 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 типа рыбий глаз, имеющий фокусное расстояние 1.92 мм, относительное отверстие 1:2.8 и угловое поле 2w=170 угловых градусов, толщина пластинки, выполненной из стекла К8, составляет 1.8 мм.

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

Таблица 1
Конструктивные параметры объектива N поверхности Радиусы, мм Толщины, мм Марки стекол Световые высоты, мм Объект   бесконечность Воздух 6.04 1 25.684 0.6 ТК12 3.36 2 3.598 1.93 воздух 3.33 3 13.6 0.52 К8 2.64 4 3.761 1.73 воздух 2.49 5 -10.471 0.45 КФ7 2.27 6 4.529 3.45 ТК21 1.73 7 -10.691 0 воздух 1.56 8 6.081 0.48 Ф1 1.27 9 2.014 0.8 СТК19 1.09 10 7.9 0.56 Воздух 0.75 11 - диафрагма плоскость 0.75 воздух 0.73 12 -3.59 0.88 ТК21 0.82 13 -1.419 0.43 ТФ4 1.06 14 -3.4 0 воздух 1.18 15 11.05 0.61 ТФ10 1.36 16 3.761 1.66 ТК21 1.73 17 -12.99 0 воздух 1.89 18 6.081 1.72 ТК12 2.01 19 -11.614 0.91 РВН71 (Ohara) 2.12 20 -14.997 1.96 воздух 2.31 21 плоскость 1.8 К8 2.42 22 плоскость -0.0055 воздух 2.42 Изображение плоскость   воздух 2.42

Таблица 2
Технические характеристики объектива N Название характеристики Значение 1 Фокусное расстояние, мм 1.93 2 Угловое поле, угл. град 170 3 Относительное отверстие 1:2.8 4 Задний фокальный отрезок, мм 3.15 5 Общая длина, мм 17.48

Техническим преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются:

улучшение качества изображения по критерию ЧКХ при частоте 50 лин/мм в 5 раз, 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 типа рыбий глаз, обладающий качеством изображения, близким к дифракционному пределу разрешения по всему полю изображения в пределах контролируемого диапазона частот 50-70 лин/мм.

Объектив может быть использован для работы с ПЗС-приемниками. Объектив содержит семь компонентов. Первый и второй компоненты - отрицательные мениски, обращенные вогнутостью к пространству изображений. Третий - склеен из отрицательной и положительной линз. Четвертый компонент склеен из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений. Пятый компонент - положительный, склеенный из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к объекту. Шестой склеен из отрицательной и положительной линз. Седьмой - положительный, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту. Апертурная диафрагма расположена между четвертым и пятым компонентами. Положительная линза третьего компонента может быть выполнена двояковыпуклой. Отрицательная линза шестого компонента может быть выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению. Технический результат - улучшение качества изображения по всему полю за счет конструктивного выполнения оптической схемы объектива. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Широкоугольный объектив типа рыбий глаз, содержащий семь компонентов, первый и второй из которых - отрицательные мениски, обращенные вогнутостью к пространству изображений, третий - склеенный из отрицательной и положительной линз, пятый компонент - положительный, шестой склеен из отрицательной и положительной линз, а седьмой - положительный, отличающийся тем, что четвертый компонент склеен из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, пятый компонент склеен из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к объекту, а седьмой компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, при этом апертурная диафрагма расположена между четвертым и пятым компонентами.

2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что положительная линза третьего компонента выполнена двояковыпуклой.

3. Объектив по п.1, отличающийся тем, что отрицательная линза шестого компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению.