ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ
WIDE-ANGLE LENS

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:
1
n=1,62041;
2
n=1,50137;
5
n=1,72339;
6
n=1,66672,
1
2
где: n, n - показатели преломления материала первой и второй линз первого компонента для линии d;
5
6
n, n - 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
2
1,63<n=n<1,68;
5
1,73<n<2,1;
6
1,57<n<1,64;
8
1,6<n<1,675,
1
2
где: n, n - показатели преломления материала первой и второй линз первого компонента для линии d;
5
6
n, n - показатели преломления материалов двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента для линии d;
8
n - 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:
1
2
n=n=1,656914;
5
n=1,755234;
6
n=1,613091;
8
n=1,656914,
1
2
где: n, n - показатели преломления материала первой и второй линз первого компонента для линии d;
5
6
n, n - показатели преломления материалов двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента для линии d;
8
n - 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<sub>d</sub>
Коэфф. дисперсии, ν<sub>d</sub>
Световой диаметр, мм
1
2
3
4
5
6
R<sub>1</sub>=∞
21,4
d<sub>1</sub>=2,5
ТК21
1,656914
51,12
R<sub>2</sub>=-78,169
19,7
d<sub>2</sub>=0,2
1
R<sub>3</sub>=∞
18,2
d<sub>3</sub>=2,35
ТК21
1,656914
51,12
R<sub>4</sub>=11,86
14,1
d<sub>4</sub>=14,8
1
R<sub>5</sub>=10,67
7,2
d<sub>5</sub>=2,4
ТФ5
1,755234
27,53
R<sub>6</sub>=42,072
6,2
d<sub>6</sub>=1,75
1
R<sub>7</sub>=∞
3,5
d<sub>7</sub>=1
К8
1,516373
64,07
R<sub>8</sub>=∞
2,8
d<sub>8</sub>=0,82
1
R<sub>9</sub>=-6,223
2
d<sub>9</sub>=1
ТФ5
1,755234
27,53
R<sub>10</sub>=4,055
2,2
d<sub>10</sub>=4,3
ТК14
1,613091
60,58
R<sub>11</sub>=-6,024
4,7
d<sub>11</sub>=0,1
1
R<sub>12</sub>=12,618
5,3
d<sub>12</sub>=2,2
ТК14
1,613091
60,58
1
2
3
4
5
6
R<sub>13</sub>=-16,179
5,6
d<sub>13</sub>=0,2
1
R<sub>14</sub>=5,035
5,9
d<sub>14</sub>=1,6
ТК21
1,656914
51,12
R<sub>15</sub>=3,698
5,1
d<sub>15</sub>=4,85
1
R<sub>16</sub>=∞
7,1
d<sub>16</sub>=0,5
К8
1,516373
64,07
R<sub>l7</sub>=∞
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<sub>м</sub> для поля зрения 2W=70 град.
-0,073 мм
Сагиттальный астигматический отрезок X<sub>s</sub> для поля зрения 2W=70 град.
-0,03 мм
Дисторсия для поля зрения 2W=70 град.
-2,9%