КОРОТКОФОКУСНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2010 года по МПК G02B9/28 

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в приборах совместно с матричными фотоприемниками, в частности на ПЗС-матрицах.

Известны короткофокусные объективы для фото- и киносъемки, например типа «Ликар-7» (Д.С.Волосов. Фотографическая оптика. Изд. «Искусство», 1978 г., стр.423-424) с фокусным расстоянием f'=4,5 мм, относительным отверстием 1:1,8, углом поля зрения 75°, разрешающей силой 60 лин/мм в центре и 30 лин/мм по краю поля, с хорошим исправлением всех аберраций. Однако у объектива усложненная оптическая схема - он состоит из 7 линз, из них линзы 1 и 7 - двояковыпуклые, мениски 2 и 4 обращены выпуклостью к предмету, мениски 3 (двусклеенный) и 6 обращены выпуклостью к изображению, линза 5 двояковогнутая. У объектива большой задний фокусный отрезок - 7 мм. Известен ряд 5-линзовых объективов фирмы «Edmund Optics» (каталог 2006 г., стр.228) с фокусным расстоянием f'=6-24 мм, но специального назначения. Объектив с f'=6 мм содержит мениски 1, 2 и 5, обращенные выпуклостью к предмету, мениск 4, обращенный выпуклостью к изображению, и двояковогнутую линзу 3.

Ближайшим к предлагаемому объективу по конструктивному исполнению и характеристикам является короткофокусный трехкомпонентный объектив для эндоскопа по патенту US №4111529, опубл. 05.09.1978 г., в котором первая линза - отрицательная плосковогнутая, вторая - положительный мениск с вогнутостью в сторону предмета, а третий положительный компонент склеен из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска. Первая линза выполнена из стекла с показателем преломления n_e=1,516 и коэффициентом дисперсии ν_e=64,1. Объектив рассчитан для фокусного расстояния f'=2,5 мм и имеет среднее значение относительного отверстия, равное 1:3.

Задачей изобретения является создание объектива с увеличенным до 1:2 относительным отверстием и хорошим качеством изображения.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в короткофокусном объективе, включающем первую отрицательную линзу, вторую положительную линзу и третий положительный компонент, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, в отличие от известного первая линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а вторая склеена из положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы.

Предложенное выполнение первых двух линз обеспечивает хорошее качество изображения и увеличение относительного отверстия до значения порядка 1:2.

На чертеже дана оптическая схема объектива.

Объектив содержит отрицательный мениск 1, обращенный выпуклостью к предмету, и два двояковыпуклых компонента 2 и 3, причем компонент 2 склеен из положительного мениска 4 и двояковыпуклой линзы 5, а компонент 3 склеен из двояковыпуклой линзы 6 и отрицательного мениска 7. В оптическом расчете объектива принято во внимание защитное стекло 8 приемного устройства (например, ПЗС-матрицы). Мениск 1 изготовлен из особого крона ОК-4, имеющего показатель преломления n_e<1,50 и аномальную дисперсию ν_e>85, что позволяет ему работать в более широком спектральном диапазоне (0,4-0,95 мкм), исправлять вторичный спектр и тем самым уменьшить аберрации.

Таблица 1 Конструктивные параметры предлагаемого объектива следующие Радиусы линз, мм Толщина, мм Марка стекла Показатель преломления n_e Коэффициент дисперсии v_e Диаметр поверхности, мм R₁=57,81         10,5   d₁=1,2 OK4 1,4485 91,9   R₂=3,63         6,2   d₂=10,4         R₃=19,498         6,5   d₃=1,4 ТФ10 1,8138 25,17   R₄=23,71         6,5   d₄=1,6 TK14 1,6155 60,34   R₅=-8,67         6,5   d₅=0,2         R₆=9,036         6,5   d₆=3,0 TK14 1,6135 60,34   R₇=-5,035         6,5   d₇=0,9 ТФ10 1,8138 25,17   R₈=-43,15         6,5

Объектив имеет следующие параметры:

- фокусное расстояние 4,3 мм - относительное отверстие 1:2 - угол поля зрения 88° - спектральный диапазон 0,4-0,95 мкм

Объектив предназначен для работы в приборах совместно с матричными фотоприемниками, поэтому он рассчитан совместно с защитной пластиной ПЗС - матрицы толщиной 1,6 мм, расположенной около фокальной плоскости объектива.

Качество изображения объектива характеризуется его коэффициентом передачи контрастности КПК (см. таблицу 2).

Таблица 2. Значения КПК Частота 80 лин/мм Частота 50 лин/мм Частота 20 лин/мм Изобр. Прототип Изобр. Прототип Изобр. Прототип 1. Для точки на оси
(для линий С'-F') 0,79   0,89   0,98     0,53   0,6   0,88 2. Для края поля зрения
(для линий С'-F') 0,33   0,6   0,88     0   0,09   0,28

Как видно из приведенных данных, предложенный объектив имеет большую светосилу и лучшее качество изображения в более широком спектральном диапазоне.

Короткофокусный объектив может быть использован совместно с матричными фотоприемниками. Объектив содержит три линзовых компонента. Первый компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Второй - положительная линза, склеенная из положительного мениска и двояковыпуклой линзы. Третий - положительный, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска. Одиночный мениск может быть выполнен из стекла, имеющего показатель преломления n_e<1,50 и коэффициент дисперсии v_e>85. Технический результат - увеличение относительного отверстия при хорошем качестве изображения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 2 табл.

1. Короткофокусный объектив, включающий первую отрицательную линзу, вторую положительную линзу и третий положительный компонент, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, отличающийся тем, что первая линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к предмету, а вторая склеена из положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы.

2. Короткофокусный объектив по п.1, отличающийся тем, что одиночный мениск выполнен из стекла, имеющего показатель преломления n_e<1,50 и коэффициент дисперсии v_e>85.