СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице.
Известен светосильный объектив [1], содержащий шесть компонентов, первый из которых - выпукло-плоская линза, второй компонент представляет собой два отрицательных мениска, обращенных вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент - двояковыпуклая линза, четвертый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, пятый компонент - положительный мениск, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, шестой компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы.
Недостатком известного светосильного объектива является относительно небольшой спектральный диапазон, не превышающий 290 нм, и дисторсия, достигающая 0,8%.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является двойной фoтooбъeктив типа Гаусса [2], содержащий шесть компонентов, первый и второй компоненты - положительные мениски, обращенные вогнутыми поверхностями к пространству изображений, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент представляет собой отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, и склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, пятый и шестой компоненты выполнены в виде положительных линз. Апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами. Недостатком прототипа является недостаточно высокое качество изображения для точки на оси и для широких наклонных пучков и относительно малый спектральный диапазон, не превышающий 250 нм (от 430 нм до 680 нм).
Задачей полезной модели является улучшение качества изображений в спектральном диапазоне не менее 400 нм (от 450 нм до 850 нм).
Сущность полезной модели по первому варианту заключается в том, что светосильный объектив, содержащий шесть компонентов, расположенных последовательно на оптической оси, и апертурную диафрагму, первый и второй компоненты которого представляют собой положительные мениски, обращенные вогнутыми поверхностями к пространству изображений, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент представляет собой мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, и склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, пятый и шестой компоненты выполнены в виде положительных линз, в отличие от прототипа содержит дополнительный седьмой компонент, расположенный между первым и вторым компонентами и выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент выполнен положительным, положительная линза пятого компонента выполнена плосковыпуклой, а положительная линза шестого компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, причем отрицательная и положительная линзы четвертого компонента имеют показатель преломления менее 1, 7, а разность числа Аббе не превышает 10, апертурная диафрагма расположена на вогнутой поверхности второго компонента.
Сущность полезной модели по второму варианту заключается в том, что светосильный объектив, содержащий шесть компонентов, расположенных последовательно на оптической оси, и апертурную диафрагму, первый и второй компоненты которого представляют собой положительные мениски, обращенные вогнутыми поверхностями к пространству изображений, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент представляет собой мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, и склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, пятый и шестой компоненты выполнены в виде положительных линз, в отличие от прототипа содержит дополнительный седьмой компонент, расположенный между первым и вторым компонентами и выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент выполнен положительным, положительная линза пятого компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству изображений, а положительная линза шестого компонента выполнена двояковыпуклой, причем отрицательная и положительная линзы четвертого компонента имеют показатель преломления менее 1, 7, а разность числа Аббе не превышает 10, апертурная диафрагма расположена на вогнутой поверхности второго компонента.
Введение дополнительного седьмого компонента, расположенного между первым и вторым компонентами и выполненного в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, выполнение четвертого компонента положительным, выполнение положительной линзы пятого компонента плосковыпуклой, а шестого компонента - в виде положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов (по первому варианту), либо выполнение положительной линзы пятого компонента в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству изображений, а положительной линзы шестого компонента - двояковыпуклой (по второму варианту), а также размещение апертурной диафрагмы на вогнутой поверхности второго компонента позволило улучшить качество изображения как для точки на оси, уменьшив сферическую аберрацию, так и для поля зрения 2W не менее 26°, уменьшив астигматизм, дисторсию, аберрации широких наклонных пучков. Выбор материала линз четвертого компонента с показателями преломления менее 1, 7 и разностью числа Аббе не более 10, позволил исправить хроматические аберрации и тем самым увеличить область ахроматизации объектива до 400 нм (от 450 нм до 850 нм).
Предлагаемый светосильный объектив работает в спектральном диапазоне λ=(450…850)нм, имеет
- для первого варианта: фокусное расстояние 60 мм, относительное отверстие 1:2 и поле зрения 2W=23,5°,
- для второго варианта: фокусное расстояние 65 мм, относительное отверстие 1:3, поле зрения 2W=26°.
Светосильный объектив имеет высокое качество изображений:
- для первого варианта: сферическая аберрация для края зрачка не превышает 0,01 мм, дисторсия не превышает 0,0015 мм, хроматизм увеличения для края поля зрения не превышает 0,007 мм. Такое исправление аберраций обеспечивает концентрацию энергии в кружке 0,02 мм не менее 80% для точки на оси и не менее 70% по всему полю зрения;
- для второго варианта: сферическая аберрация для края зрачка не превышает 0,005 мм, дисторсия не превышает 0,0032 мм, хроматизм увеличения для края поля зрения не превышает 0,005 мм. Такое исправление аберраций обеспечивает концентрацию энергии в кружке 0,016 мм не менее 80% для точки на оси и не менее 70% по всему полю зрения.
На фиг.1-2 изображена оптическая схема предлагаемого светосильного объектива (по первому и второму вариантам).
е
e
На фиг.3-4 приведены конструктивные параметры линз светосильного объектива и характеристики стекол (по первому и второму вариантам), где R-радиусы кривизны поверхностей линз, D-расстояния между поверхностями линз, n-показатель преломления стекол линз для линии e(λ=546 нм), ν-число Аббе для линии е.
На фиг.5 приведены графики поперечной сферической аберрации светосильного объектива (по первому варианту).
На фиг.6 приведены графики аберрации широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=23,5° (по первому варианту).
На фиг.7 приведены графики поперечной сферической аберрации светосильного объектива (по второму варианту).
На фиг.8 приведены графики аберрации широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=26° (по второму варианту)
Светосильный объектив (фиг.1-2) состоит из семи компонентов 1-7, расположенных последовательно на оптической оси. Первый компонент 1 содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, седьмой компонент 2 представляет собой отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент 3 выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент 4 выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент 5 выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов и склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Отрицательная и положительная линзы четвертого компонента 5 имеют показатель преломления менее 1, 7, а разность числа Аббе не превышает 10 (фиг.3-4). Апертурная диафрагма расположена на вогнутой поверхности второго компонента.
В первом варианте (фиг.1) пятый компонент 6 выполнен в виде плосковыпуклой линзы, а шестой компонент 7 выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов.
Во втором варианте (фиг.2) пятый компонент 6 выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству изображений, шестой компонент 7 выполнен в виде двояковыпуклой линзы.
Светосильный объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения попадает в объектив и, преломившись через поверхности линз компонентов 1-7, фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.
Графики аберраций, приведенные на фиг.5-8, подтверждают, что светосильный объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения в спектральном диапазоне от 450 нм до 850 нм.
Источники информации:
1. A.c. SU №1663596 А1, публикация 1989 г, МПК G02B 11/34.
2. Патент GB №2066504, публикация 1980 г, МПК G02B 9/62 - прототип.