Объектив

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице, в том числе и цветной.
Известен объектив [1] из пяти последовательно расположенных на оптической оси компонентов, первый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент - двояковыпуклая линза, третий компонент - двояковогнутая линза, четвертый компонент - плоско-выпуклая линза, пятый компонент - двояковыпуклая линза. Апертурная диафрагма расположена между вторым и третьими компонентами. Данная конструкция объектива обеспечивает относительное отверстие 1:1.7, угловое поле зрения до 2w=48°. Данная конструкция обеспечивает хорошее качество изображения только для точки на оси, но имеет большую кривизну изображения, а также дисторсию не менее 5% для края поля зрения, что не обеспечивает хорошего качества изображений по всему полю зрения.
-1
Наиболее близким к предполагаемому объективу является объектив [2], содержащий пять компонентов. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска, второй компонент - в виде отрицательного мениска, причем оба мениска обращены вогнутыми поверхностями к пространству изображений, третий компонент выполнен в виде отрицательной двусклеенной линзы, содержащей двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, четвертый компонент - двояковыпуклая линза, пятый компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Апертурная диафрагма расположена между вторым и третьим компонентами. Прототип имеет хорошее качество изображений в центре поля зрения и для угла поля зрения не более 2W=20° при фокусном расстоянии объектива 25 мм и относительном отверстии 1:1,5 в спектральном диапазоне (630…900)нм для пространственных частот 60 мм, дисторсия для края поля зрения не превышает 1,5%. Однако при увеличении угла поля зрения свыше 2W=20° данная конструкция не обеспечивает высокого качества изображения по всему полю зрения из-за большой кривизны, что не позволяет использовать матрицы с размером пиксела меньше 5 мкм. Причем, при увеличении поля зрения свыше 30° дисторсия увеличивается до 5%.
Задачей полезной модели является увеличение поля зрения при повышении качества изображений во всем поле зрения, уменьшение дисторсии для края поля зрения и увеличение спектрального интервала ахроматизации объектива.
e
e
Объектив содержит пять компонентов, расположенных на оптической оси, и апертурную диафрагму, первый и второй компоненты которого выполнены в виде менисков, обращенных выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент - двусклеенная линза, состоящая из отрицательной и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - двояковыпуклая линза, пятый компонент - мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, в отличие от прототипа, первый компонент выполнен отрицательным, а второй и третий компоненты выполнены положительными, при этом отрицательная линза третьего компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, мениск пятого компонента выполнен отрицательным, апертурная диафрагма совмещена с первой поверхностью второго компонента, отрицательный мениск третьего компонента и отрицательный мениск пятого компонента выполнены из материала, у которого показатель преломления n≥1,73 и число Аббе 25≤v≤29, а также двояковыпуклая линза третьего компонента выполнена с одинаковыми по абсолютной величине радиусами.
e
e
Выбор отрицательного знака оптической силы первого и пятого компонентов в отличие от положительного, у прототипа позволил увеличить угол поля зрения. Выбор знаков оптических сил второго и третьего компонентов, выполнение отрицательной линзы третьего компонента в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, позволили улучшить качество изображения на краю поля зрения путем уменьшения кривизны поля и уменьшить дисторсию до величины не более 0,4% по всему полю зрения. Выполнение отрицательного мениска третьего компонента и отрицательного мениска пятого компонента из материала, у которого показатель преломления n≥1,73 и число Аббе 25≤v≤29, позволило уменьшить величину хроматизма положения, тем самым повысить качество изображений по всему полю зрения и расширить спектральный интервал ахроматизации объектива. Выполнение двояковыпуклой линзы третьего компонента с одинаковыми по абсолютной величине радиусами повышает технологичность конструкции объектива. Совмещение апертурной диафрагмы с первой поверхностью второго компонента уменьшает вынос входного зрачка, тем самым уменьшая диаметр первого компонента.
-1
-1
-1
По предлагаемой схеме было рассчитано два объектива с одинаковыми техническими характеристиками, но ахроматизованных для разных областей спектра: (410…650)нм и (590…900)нм, что позволяет использовать как цветную, так и монохромную матрицы. Для объектива, ахроматизованного для области спектра (410…650)нм, полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=72,5 мм для точки на оси не менее 0,75, для поля зрения 2W=32° не менее 0,55. Для объектива, ахроматизованного для области спектра (590…900)нм, полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=72,5 мм для точки на оси не менее 0,75, для поля зрения 2W=32° не менее 0,58, полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=145 мм для точки на оси не менее 0,54, для поля зрения 2W=32° не менее 0,25.
Дисторсия не превышает 0,4% для поля зрения 2W=32° для обоих объективов.
На фиг. 1 изображена оптическая схема объектива.
На фиг. 2 приведен график относительной дисторсии для объектива, ахроматизованного в области спектра (410…650)нм и для объектива, ахроматизованного в области спектра (590…900)нм.
На фиг. 3 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси и для поля зрения 2W=32° для объектива, ахроматизованного в области спектра (410…650)нм.
На фиг. 4 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси и для поля зрения 2W=32° для объектива, ахроматизованного в области спектра (590…900)нм.
e
e
Объектив (фиг. 1) состоит из установленных по ходу луча пяти компонентов и апертурной диафрагмы. Первый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 1, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде положительного мениска 2, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, состоящей из отрицательного мениска 3, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, и двояковыпуклой линзы 4, четвертый компонент - двояковыпуклая линза 5, пятый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 6, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Апертурная диафрагма совмещена с первой поверхностью второго компонента. Мениск 3 и мениск 6 выполнены из оптического материала, для которого выполнено условие: показатель преломления n≥1,73, число Аббе 25≤v≤29. Радиусы кривизны двояковыпуклой линзы 4 третьего компонента равны по абсолютной величине. Объектив рассчитан со светофильтром 7, выделяющим рабочую область спектра. Технические характеристики объективов приведены в таблице.
Графики относительной дисторсии, приведенные на фиг. 2, подтверждают, что дисторсия не превышает 0,4% для края поля зрения.
-1
-1
Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 3 для объектива, ахроматизованного в спектральном диапазоне (410…650)нм показывают хорошее качество изображения для пространственных частот не менее 80 мм по всему полю зрения. Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 4 для объектива, ахроматизованного в спектральном диапазоне (590…900)нм, показывают хорошее качество изображения для пространственных частот не менее 145 мм по всему полю зрения, что позволяет получить хорошее изображение как на цветной, так и на монохромной матрице с размером пиксела 3,45 мкм.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=40°, преломившись через поверхности линз 1-6, проходит через светофильтр 7, и фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.
Источники информации
1. RU №2154292 С2 (Открытое акционерное общество «Красногорский завод им. С.А. Зверева»), 10.08. 2000, весь документ.
2. Патент №2726280 С1 (Публичное акционерное общество «Красногорский завод им. С.А. Зверева»), 10.07. 2020, весь документ - прототип.