СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2010 года по МПК G02B9/62 

Изобретение относится к оптическим приборам и может быть использовано при работе с матричными приемниками, в частности с ПЗС-матрицами в приборах дневного и ночного видения.

При работе с ПЗС-матрицами часто используются 5- и 6 - линзовые объективы. Известен 5-линзовый широкоугольный объектив по патенту US 5233474, опубл. 03.08.1993 г, включающий первую, третью и пятую линзы по ходу луча - двояковыпуклые, вторую - отрицательный мениск и четвертую- двояковогнутую. Относительное отверстие объектива равно 1:2,8, угол поля зрения 37,6°. Однако одна из поверхностей четвертой линзы является асферической, что усложняет изготовление объектива, который к тому же не обеспечивает необходимой светосилы.

Ближайшим по оптической схеме и назначению к предложенному является широкоугольный фотообъектив по патенту US 2696758, опубл. 14.12.1954 г., включающий шесть одиночных линз, сгруппированных в рассеивающую группу из двух линз и собирающую (силовую) группу из четырех линз. Из них первая линза по ходу луча - двояковыпуклая, вторая - отрицательная, третья и шестая - двояковыпуклые, четвертая - положительная и пятая - двояковогнутая. Объектив имеет фокусное расстояние f'=100 мм. Расчет показывает, что он обладает не очень большим относительным отверстием порядка 1:3.

Задачей изобретения является создание короткофокусного объектива с увеличенным относительным отверстием светосилой (до 1:1,2) и хорошим качеством изображения.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе, включающем шесть одиночных линз, сгруппированных в рассеивающую группу из двух линз и собирающую группу из четырех линз, из которых первая линза по ходу луча двояковыпуклая, вторая - отрицательная, третья и шестая - двояковыпуклые, четвертая - положительная, пятая - двояковогнутая, в отличие от известного вторая линза выполнена двояковогнутой, четвертая - выпукло - плоской.

Предложенная схема и новое выполнение второй и четвертой линз обеспечивают лучшее качество изображения и увеличение относительного отверстия до значения 1:1,2.

На чертеже дана оптическая схема объектива.

Объектив состоит из последовательно расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы 1, отрицательной двояковогнутой линзы 2, составляющих первую группу линз, и далее линз второй группы: двояковыпуклой линзы 3, выпукло-плоской 4, двояковогнутой 5 и двояковыпуклой 6. За объективом установлена плоскопараллельная пластина 7 ПЗС - матрицы. Предложенная оптическая схема работает как объектив. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, проходит через линзы 1-6, пластину 7 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой расположен приемник оптического излучения.

Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 1.

Таблица 1 Радиусы линз, мм Толщина, мм Марка стекла Показатель преломления n_e Коэффициент дисперсии ν_e Диаметр поверхности, мм R₁=19,275         16,0   d₁=3,1 БФ21 1,6178 39,75   R₂=-116,41         16,0   d₂=2,0         R₃=-52,12         12,0   d₃=0,9 БФ25 1,6108 45,82   R₄=6,516         12,0   d₄=16,9        

Продолжение таблицы 1 Радиусы линз, мм Толщина, MM Марка стекла Показатель преломления n_е Коэффициент дисперсии ν_e Диаметр поверхности, мм R₅=53,21         13,5   d₅=3,2 СТК3 1,6622 57,09   R₆=-13,002         13,5   d₆=0,l         R₇=9,954         12,0   d₇=2,8 TK17 1,6305 59,09   R₈=∞         12,0   d₉=l,34         R₉=-14289         11,0   d₁₀=2,7 ТФ5 1,7617 27,32   R₁₀=8,091         11,0   d₁₁=0,75         R₁₁=10,814         9,0   d₁₂=2,7 CTK-3 1,6622 57,09   R₁₂=-12,05         9,0

Объектив имеет следующие технические характеристики:

- фокусное расстояние 8,0 мм

- относительное отверстие 1:1,2

- угол поля зрения 40°

- задний отрезок (без пластины) 7.86 мм

Объектив предназначен для работы в дневных и ночных приборах в области спектра 0,4-0,9 мкм. Объектив рассчитан совместно с защитной пластиной 7 ПЗС- матрицы, расположенной около фокальной плоскости объектива.

Качество изображения объектива характеризуется его коэффициентом передачи контраста (КПК). В таблице 2 сравниваются КПК предложенного объектива и прототипа.

Таблица 2 КПК Объектив Прототип N=20 лин/мм N=50 лин/мм N=20 лин/мм N=50 лин/мм 1. Для точки на оси 0,712 0,391 0,628 0,390 2. Для зоны поля ω₁=14°         - меридиональное сечение 0,514 0,292 0,493 0,212 - сагиттальное сечение 0,570 0,322 0,590 0,318 3. Для зоны поля ω₁=200         - меридиональное сечение 0,550 0,287 0,393 0,166 - сагиттальное сечение 0,587 0,290 0,500 0,196

Таким образом, в предложенном объективе обеспечено получение технического результата: при повышенном относительном отверстии 1:1,2 достигается и высокое качество изображения.

Объектив может быть использован в приборах совместно с матричными приемниками. Объектив содержит шесть одиночных линз, сгруппированных в две группы из двух и четырех линз. Первая по ходу луча линза - двояковыпуклая, вторая - двояковогнутая, третья - двояковыпуклая, четвертая - выпукло-плоская, пятая - двояковогнутая, шестая - двояковыпуклая. Технический результат - создание короткофокусного объектива с увеличенным относительным отверстием и хорошим качеством изображения. 1 ил., 2 табл.

Светосильный объектив, включающий шесть одиночных линз, сгруппированных в две группы из двух и четырех линз, из которых первая по ходу луча двояковыпуклая, вторая отрицательная, третья двояковыпуклая, четвертая положительная, пятая двояковогнутая, шестая двояковыпуклая, отличающийся тем, что вторая линза выполнена двояковогнутой, а четвертая выпукло-плоской.