ОБЪЕКТИВ Российский патент 2010 года по МПК G02B9/34 

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 плосковыпуклая линза, обращенная выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде положительного двусклеенного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной плосковогнутой линзы, четвертый компонент выполнен в виде плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклой поверхностью к пространству предметов, пятый компонент выполнен в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов. Данный объектив имеет относительное отверстие 1:2. Основным недостатком этого объектива является недостаточно высокое качество изображения, оцениваемое полихроматическим коэффициентом передачи модуляции (КПМ) в спектральном диапазоне (660…920)нм. КПМ для точки на оси на пространственной частоте N=30 мм^-1 не превышает 0.78.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из четырех компонентов. Первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Апертурная диафрагма расположена между вторым и третьим компонентами. Данный объектив при относительном отверстии 1:1.6 имеет продольную сферическую аберрацию по зоне (-0.058), что не позволяет получить достаточно высокое качество изображения.

Задачей изобретения является повышение качества изображения.

Объектив, содержащий четыре компонента, расположенные на оптической оси, и апертурную диафрагму, первый компонент которого положительная линза, второй компонент - отрицательная линза, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, в отличие от прототипа первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент выполнен в виде двусклеенного мениска, состоящего из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, апертурная диафрагма расположена перед первым компонентом, причем расстояние между вторым и третьим, третьим и четвертым компонентами составляет не менее 0.38 и 0.2 фокусного расстояния объектива, соответственно, двояковыпуклые линзы первого, второго и третьего компонентов выполнены из стекла с показателем преломления не менее 1.61, а отрицательный мениск четвертого компонента выполнен из стекла с показателем преломления не менее 1.8, при этом разность числа Аббе двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого компонента составляет не менее 25.

Конструкция первого компонента, выполненного в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, конструкция второго компонента, выполненного в виде двусклеенного мениска, состоящего из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, выбор расстояния между вторым и третьим, третьим и четвертым компонентами не менее 0.38 и 0.2 фокусного расстояния объектива, соответственно, обеспечили высокую степень коррекции сферической аберрации и комы для точки на оси при относительном отверстии объектива не менее 1:2.

Выполнение двояковыпуклых линз первого, второго и третьего компонентов из стекла с показателем преломления не менее 1.61, а отрицательного мениска четвертого компонента - из стекла с показателем преломления не менее 1.8, при этом разность числа Аббе двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого компонента составляет не менее 25, позволило исправить вторичный спектр и сферохроматические аберрации и получить высокие значения полихроматического коэффициента передачи модуляции.

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_e - 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 угла поля зрения 2W=4°.

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=4°.

Объектив (фиг.1) состоит из четырех компонентов, расположенных на оптической оси. Первый компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы 1, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй компонент - отрицательный мениск 2, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов и склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 3. Четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Расстояние между вторым и третьим компонентами равно 24.7 мм, что составляет 0.38 фокусного расстояния объектива. Расстояние между третьим и четвертым компонентами равно 13.57, что составляет 0.21 фокусного расстояния объектива. Объектив рассчитан со светофильтрами 5 и 6.

Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне λ=(600…900)нм, имеет фокусное расстояние 64.5 мм, относительное отверстие 1:2, апертурная диафрагма диаметром 33 мм совпадает с первой поверхностью объектива, поле зрения объектива 2W=4°. Высокая степень коррекции аберраций осевого пучка, вторичного спектра, сферохроматических и аберраций широких наклонных пучков позволили получить высокие значения коэффициента передачи модуляции:

- для точки на оси не менее 0.9 для пространственной частоты N=40 мм^-1 и не менее 0.77 для пространственной частоты N=83 мм^-1;

- для края поля зрения не менее 0.85 для пространственной частоты N=40 мм^-1 и не менее 0.63 для пространственной частоты N=83 мм^-1.

Графики аберраций, приведенные на фиг.3 и 4, и графики полихроматических коэффициентов для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг.5 и 6, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=4° проходит через апертурную диафрагму объектива диаметром 33 мм, совпадающую с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз компонентов 1-4 и светофильтры 5, 6 фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.

Источники информации

1. Патент RU №2276799, публикация 2006 г., МПК G02B 13/14.

2. Патент RU №2183341 С1, публикация 2002 г., МПК G02B 13/14 - прототип.

Объектив может использоваться для формирования изображения на ПЗС-матрице. Объектив содержит четыре компонента и апертурную диафрагму, расположенную перед первым компонентом. Первый компонент - двусклеенная линза, состоящая из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй компонент - двусклеенный мениск, состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Третий компонент - двояковыпуклая линза. Четвертый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов. Расстояние между вторым и третьим, третьим и четвертым компонентами составляет не менее 0.38 и 0.2 фокусного расстояния объектива соответственно. Двояковыпуклые линзы первого, второго и третьего компонентов выполнены из стекла с показателем преломления не менее 1.61. Отрицательный мениск четвертого компонента выполнен из стекла с показателем преломления не менее 1.8. Разность числа Аббе двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого компонента составляет не менее 25. Технический результат - повышение качества изображения. 6 ил.

Объектив, содержащий четыре компонента, расположенные на оптической оси, и апертурную диафрагму, первый компонент которого - положительная линза, второй компонент - отрицательная линза, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент выполнен в виде двусклеенного мениска, состоящего из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, апертурная диафрагма расположена перед первым компонентом, причем расстояние между вторым и третьим, третьим и четвертым компонентами составляет не менее 0,38 и 0,2 фокусного расстояния объектива, соответственно двояковыпуклые линзы первого, второго и третьего компонентов выполнены из стекла с показателем преломления не менее 1,61, а отрицательный мениск четвертого компонента выполнен из стекла с показателем преломления не менее 1,8, при этом разность числа Аббе двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого компонента составляет не менее 25.