ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2012 года по МПК G02B9/62 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве приемного объектива оптических приборов, работающих с фотоприемными устройствами, например, с ПЗС-матрицами.

Известна оптическая система широкоугольного фотографического и кинематографического объектива [патент США №3045547, НКИ 350-462, публ. 1962 г.]. Однако данный объектив имеет сложную конструкцию и недостаточное угловое поле в пространстве предметов 2W=60 град.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является широкоугольный асимметричный фотографический объектив [патент США №3038380, НКИ 350-469, публ. 1962 г.], состоящий из четырех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - менискообразный отрицательный компонент, обращенный вогнутостью к диафрагме, состоящий из двух линз, положительной и отрицательной, склеенных вместе, второй компонент расположен перед диафрагмой - одиночная положительная линза, третий компонент расположен за диафрагмой - по форме мениск и обращен вогнутой стороной к диафрагме, состоит из трех линз, склеенных вместе, причем средняя линза - отрицательная и две внешние - положительные, причем показатель преломления отрицательной линзы больше среднего арифметического показателя преломления двух внешних положительных линз, а коэффициент дисперсии отрицательной линзы меньше среднего арифметического коэффициента дисперсии двух внешних положительных линз и четвертый компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к диафрагме.

Положительная линза в первом компоненте выполнена двояковыпуклой, а отрицательная - двояковогнутой, второй компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, отрицательная линза третьего компонента выполнена двояковогнутой, а расположенная за ней линза того же компонента выполнена двояковогнутой, а первая по ходу лучей положительная линза третьего компонента выполнена в виде мениска. Показатель преломления четвертого компонента равен 1,69067 для линии спектра d, и, кроме того, в объективе имеют место равенства:

n₁=1,62041;

n₂=1,50137;

n₅=1,72339;

n₆=1,66672,

где: n₁, n₂ - показатели преломления материала первой и второй линз первого компонента для линии d;

n₅, n₆ - показатели преломления материалов двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента для линии d;

Данный объектив имеет недостаточное относительное отверстие 1:4 и недостаточное угловое поле в пространстве предметов 2W=64 град.

Задачей заявляемого изобретения является создание широкоугольного объектива с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - увеличение относительного отверстия и углового поля в пространстве предметов при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в широкоугольном объективе, состоящем из четырех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - состоит из двух линз, положительной и отрицательной, второй компонент - одиночная положительная линза, третий компонент - по форме мениск, обращенный вогнутой стороной к предмету, включающий в себя двояковогнутую линзу и расположенную за ней двояковыпуклую линзу, склеенные вместе, четвертый компонент содержит одиночный мениск, в отличие от известного, положительная линза в первом компоненте выполнена плосковыпуклой, обращенной плоскостью к предмету, а отрицательная - плосковогнутой, обращенной плоскостью к предмету, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, третий компонент состоит всего из двух линз, четвертый компонент включает в себя двояковыпуклую одиночную линзу, расположенную за третьим компонентом перед одиночным мениском, одиночный мениск четвертого компонента - отрицательный и обращен вогнутостью к изображению, и, кроме того, в объективе имеют место соотношения:

1,63<n₁=n₂<1,68;

1,73<n₅<2,1;

1,57<n₆<1,64;

1,6<n₈<1,675,

где: n₁, n₂ - показатели преломления материала первой и второй линз первого компонента для линии d;

n₅, n₆ - показатели преломления материалов двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента для линии d;

n₈ - показатель преломления мениска четвертого компонента для линии d.

Кроме того, между вторым и третьим компонентами может находиться плоскопараллельная пластина или светофильтр.

На фигуре изображена оптическая схема широкоугольного объектива.

Широкоугольный объектив состоит по ходу лучей из плосковыпуклой линзы 1, обращенной плоскостью к предмету, плосковогнутой линзы 2, обращенной плоскостью к предмету, двояковыпуклой линзы 3, плоскопараллельной пластины или светофильтра 4, двояковогнутой линзы 5, склеенной с двояковыпуклой линзой 6, одиночной двояковыпуклой линзы 7, одиночного отрицательного мениска 8, обращенного вогнутостью к изображению, и плоскопараллельной пластины 9. Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 0,14 мм перед линзой 5.

Широкоугольный объектив работает следующим образом:

Световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в бесконечности, проходит через широкоугольный объектив и изображается в плоскости наилучшей установки, в которой находится фотоприемное устройство, например, ПЗС-матрица (не показано).

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан широкоугольный объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 435 нм до 660 нм с конструктивными данными, представленными в табл.1.

Рассчитанный широкоугольный объектив имеет следующие характеристики:

Фокусное расстояние объектива f' 5,41 мм Относительное отверстие 1:3,5 Угловое поле в пространстве предметов 70 град. Задний фокальный отрезок 0,038 мм

В предлагаемом изобретении имеют место равенства:

n₁=n₂=1,656914;

n₅=1,755234;

n₆=1,613091;

n₈=1,656914,

где: n₁, n₂ - показатели преломления материала первой и второй линз первого компонента для линии d;

n₅, n₆ - показатели преломления материалов двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента для линии d;

n₈ - показатель преломления одиночного мениска четвертого компонента для линии d.

В табл.2 приведены аберрации для λ=0,54607 мкм для предлагаемого широкоугольного объектива по варианту конкретного исполнения.

Предложенный широкоугольный объектив отличается высоким качеством изображения, что следует из табл.2.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан широкоугольный объектив с повышенным относительным отверстием 1:3,5; повышенным угловым полем в пространстве предметов 2W=70 град. и высоким качеством изображения.

Таблица 1 Радиусы, мм Толщины, мм Марка стекла Показатель преломления n_d Коэфф. дисперсии, ν_d Световой диаметр, мм 1 2 3 4 5 6 R₁=∞         21,4   d₁=2,5 ТК21 1,656914 51,12   R₂=-78,169         19,7   d₂=0,2   1     R₃=∞         18,2   d₃=2,35 ТК21 1,656914 51,12   R₄=11,86         14,1   d₄=14,8   1     R₅=10,67         7,2   d₅=2,4 ТФ5 1,755234 27,53   R₆=42,072         6,2   d₆=1,75   1     R₇=∞         3,5   d₇=1 К8 1,516373 64,07   R₈=∞         2,8   d₈=0,82   1     R₉=-6,223         2   d₉=1 ТФ5 1,755234 27,53   R₁₀=4,055         2,2   d₁₀=4,3 ТК14 1,613091 60,58   R₁₁=-6,024         4,7   d₁₁=0,1   1     R₁₂=12,618         5,3   d₁₂=2,2 ТК14 1,613091 60,58  

1 2 3 4 5 6 R₁₃=-16,179         5,6   d₁₃=0,2   1     R₁₄=5,035         5,9   d₁₄=1,6 ТК21 1,656914 51,12   R₁₅=3,698         5,1   d₁₅=4,85   1     R₁₆=∞         7,1   d₁₆=0,5 К8 1,516373 64,07   R_l7=∞         7,3       1    

Таблица 2 Вид аберрации Предложенный широкоугольный объектив (не более) Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:3,5 -0,013 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=70 град. -0,01 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=70 град. -0,011 мм Меридиональный астигматический отрезок Х_м для поля зрения 2W=70 град. -0,073 мм Сагиттальный астигматический отрезок X_s для поля зрения 2W=70 град. -0,03 мм Дисторсия для поля зрения 2W=70 град. -2,9%

Объектив может быть использован в качестве приемного объектива в оптических приборах, работающих с фотоприемными устройствами, например, с ПЗС-матрицами. Объектив содержит плосковыпуклую линзу, обращенную плоскостью к предмету, плосковогнутую линзу, обращенную плоскостью к предмету, одиночную двояковыпуклую линзу, двояковогнутую линзу, склеенную с двояковыпуклой линзой, одиночную двояковыпуклую линзу, одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. В объективе имеют место соотношения: 1,63<n₁=n₂<1,68; 1,73<n₅<2,1; 1,57<n₆<1,64; 1,6<n₈<1,675, где: n₁, n₂ n₅, n₆, n₈ - показатели преломления материала, соответственно, первой и второй линз первого компонента, двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента и мениска четвертого компонента для линии d. Перед двояковогнутой линзой расположена апертурная диафрагма. Перед двояковогнутой линзой может находиться плоскопараллельная пластина или светофильтр. Технический результат - увеличение относительного отверстия и углового поля в пространстве предметов при высоком качестве изображения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Широкоугольный объектив, состоящий из четырех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей состоит из двух линз, положительной и отрицательной, второй компонент - одиночная положительная линза, третий компонент - по форме мениск, обращенный вогнутой стороной к предмету, включающий в себя двояковогнутую линзу и расположенную за ней двояковыпуклую линзу, склеенные вместе, четвертый компонент содержит одиночный мениск, отличающийся тем, что положительная линза в первом компоненте выполнена плосковыпуклой, обращенной плоскостью к предмету, а отрицательная - плосковогнутой, обращенной плоскостью к предмету, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, третий компонент состоит всего из двух линз, четвертый компонент включает в себя двояковыпуклую одиночную линзу, расположенную за третьим компонентом, и одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, кроме того, в объективе имеют место соотношения:
1,63<n₁=n₂<1,68;
1,73<n₅<2,1;
1,57<n₆<1,64;
1,6<n₈<1,675,
где n₁, n₂ - показатели преломления материала первой и второй линз первого компонента для линии d;
n₅, n₆ - показатели преломления материалов двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента для линии d;
n₈ - показатель преломления мениска четвертого компонента.

2. Широкоугольный объектив по п.1, отличающийся тем, что между вторым и третьим компонентами находится плоскопараллельная пластина или светофильтр.