СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее, к малогабаритным объективам, работающим с ПЗС-приемниками и может быть использованf для получения информации от внешних объектов.
Известен светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по авторскому свидетельству СССР N 1432440, МПК G02B 9/64, Б.И. N 39, 23.10.88, который содержит четыре компонента, первый из которых двояковогнутая линза, второй компонент - положительный состоит из двух положительных менисков, обращенный вогнутостью к объекту, третий - склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенный вогнутостью к объекту, а четвертый - склеен из трех линз - двояковыпуклой, двояковогнутой и положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению.
Недостаток известного объектива - невысокое качество изображения.
Наиболее близким по техническому решению является светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по авторскому свидетельству СССР N1365018, МПК G02B 11/34, Б.И. N 1, 07.01.88, который выбран авторами за прототип.
Объектив-прототип включает в себя четыре компонента, положительный компонент, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент - положительный, состоящий из трех одиночных положительных линз, третий компонент склеен из положительной двояковогнутой и отрицательной линз, а четвертый -мениск, обращенный вогнутостью к объекту.
Недостаток известного объектива - малый вынос входного зрачка и невысокое качество изображения, которые ограничиваются , в основном, астигмо-хроматическими аберрациями.
Задачей полезной модели является создание светосильного объектива с вынесенным входным зрачком, который позволит увеличить вынос входного зрачка, с одновременным улучшением качества изображения и расширением функциональных возможностей объектива (работал только из бесконечности, а теперь еще и с конечного расстояния - т.е. стал репродукционным).
Решение указанной задачи достигается тем, что: светосильный объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий четыре компонента, первый компонент склеен из двух линз, второй и третий - положительные, при этом третий компонент склеен из положительной двояковыпуклой и отрицательных линз, а четвертый компонент - одиночная отрицательная линза, причем, первая линза первого склеенного компонента выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, а вторая линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, второй компонент - одиночная двояковыпуклая линза, отрицательная линза третьего компонента выполнена двояковогнутой, четвертый компонент - двояковогнутая линза, при этом суммарная оптическая сила первого компонента является отрицательной.
Выполнение первой линзы первого склеенного компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, а второй линзы - в виде положительного мениска, также обращенного вогнутостью к объекту, позволяют корригировать кому, астигматизм, как третьего, так и высших порядков, также в этом компоненте коррегируется сферическая аберрация высших порядков в широких наклонных пучках, которая быстро возрастает при увеличении относительного отверстия объектива и выноса входного зрачка с одновременной попыткой увеличить глубину резкости объектива, позволяющую использовать его в качестве репродукционного.
Кроме того, суммарная оптическая сила первого компонента является отрицательной, что является необходимым условием для коррекции хроматических аберраций, в том числе, аберраций высшего порядка (например, астигмо-хроматизма), а также кривизны изображения.
Второй компонент - одиночная двояковыпуклая линза - служит как элементом для развития относительного отверстия объектива, а также ее параметры позволяют коррегировать сферическую аберрацию и кому высших порядков.
Склеенный третий компонент выполняет роль корректора хроматических и монохроматических аберраций, как простейших, так и аберраций высших порядков, например, меридиональной комы в сагиттальном сечении, которая возрастает с ростом относительного отверстия объектива и очень трудно поддается коррекции. Положительная линза третьего компонента выполнена двояковыпуклой (как и у прототипа), а отрицательная линза третьего компонента - двояковогнутая, что обеспечивает возможность коррекции дисторсии и астигматических аберраций высшего порядка, при этом другие аберрации высшего порядка (сферическая, кома, хроматические аберрации) несущественны.
Четвертый компонент - двояковогнутая линза способствует коррекции комы высшего порядка, кривизны и астигматических аберраций, а также дисторсии.
Светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по п. 1, отличающийся тем, что между оптическими силами линз объектива выполняются следующие соотношения:
1
2
4
5
3
2
6
|φ|>|φ|;|φ+φ|≤|φ|;|φ|≤|φ|,
где
1
2
3
4
5
6
φ,φ,φ,φ,φ,φ - оптические силы линз объектива.
Такое соотношение оптических сил является дополнительным фактором позволяющим оптимальным образом сбалансировать аберрации светосильного объектива с вынесенным входным зрачком.
Перед поверхностью изображения устанавливается плоскопараллельная пластинка, которая служит для того, чтобы обеспечить функционирование объектива- настоящей
1
2.5”
полезной модели, в составе ПЗС-камеры (ПЗС-матрица /). Толщина пластинки 1.0 мм учитывается при коррекции аберраций, поскольку установленная в сходящемся ходе лучей пластинка вносит в систему свои аберрации.
Указанная совокупность позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать светосильный объектив с большим выносом входного зрачка и с повышенной информативностью за счет улучшения качества изображения, за счет конструктивного выполнения его оптической схемы. Дополнительным достоинством предлагаемой полезной модели является расширение ее функциональных возможностей - предлагаемый объектив может работать с высоким качеством изображения как из бесконечности, так и с конечного расстояния, т.е. является одновременно и репродукционным объективом.
Совокупность всех признаков позволяет решить поставленную задачу, исключение любого из них ведет к невозможности реализации светосильного объектива с вынесенным входным зрачком, обладающим увеличенным выносом входного зрачка и одновременно обладающим улучшенным качеством изображения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
- на фиг.1 представлена оптическая схема светосильного объектива с вынесенным входным зрачком;
- на фиг.2 представлены астигматические кривые для светосильного
объектива с вынесенным входным зрачком;
- на фиг.3 представлены графики частотно-контрастных характеристик объектива по предлагаемой полезной модели. Графики даны для точки на оси и края углового поля 2ω=32° в сагиттальном и меридиональном сечениях.
Светосильный объектив, содержит последовательно расположенные по ходу луча четыре компонента: первый компонент, склеен из отрицательного 1 и положительного 2 менисков, обращенных вогнутостью к объекту, второй положительный компонент - двояковыпуклая линза 3, третий положительный компонент, содержащий двояковыпуклую 4 и двояковогнутую линзу 5, а также четвертый отрицательный компонент, представляющий собой двояковогнутую линзу 6. В плоскости изображения установлена плоскопараллельная пластинка 7.
Объектив работает следующим образом: световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива 1-7, после которых образуется изображение в фокальной плоскости объектива. Изображение затем совмещается со светочувствительным слоем ПЗС-матрицы (на чертежах не показана).
Примером конкретной реализации предлагаемой полезной модели является светосильный объектив с вынесенным входным зрачком, имеющий фокусное расстояние 12,82…мм, относительное отверстие 1:2.0…и угловое поле 2w=32 угловых градуса, толщина пластинки, выполненной из стекла К8, составляет 1.0 мм. В случае использования объектива в качестве репродукционного (с конечного расстояния), полный размер линейного поля в пространстве предметом равен 2у=1700 мм.
Технические характеристики объектива представлены в таблице 1, а его конструктивные параметры - в таблице 2.
Таблица 1.Технические характеристики объектива.
N
Название характеристики
Значение
1
Фокусное расстояние, мм
12,82
2
Угловое поле, угл. град.
32
3
Линейное поле в пространстве предметов, если используется как репродукционный объектив, мм
1700
3
Относительное отверстие
1:2.0
4
Задний фокальный отрезок, (без пластинки)мм
2.033
5
Общая длина, (без пластинки) мм
31.93
Таблица 2.Конструктивные параметры объектива
N поверхности
Радиусы, мм
Толщины, мм
Марки стекол
Световые высоты, мм
Объект
бесконечность
Воздух
1-диафрагма
плоскость
6.00
Воздух
2.5
2
-6.57
2.03
Ф9
3.8
3
-14.38
4.31
ТК21
4.83
4
-9.98
0.4
воздух
6.03
5
35.13
5.36
СТК12
6.78
6
-41.54
2.74
Воздух
7.01
7
14.4
4.98
СТК12
6.89
8
-10.9
1.56
ТФ3
6.67
9
-76.79
6.76
Воздух
5.79
10
46.63
1.91
ТФ4
4.07
11
Плоскость
1.43
воздух
3.79
12
Плоскость
1.0
К8
3.47
Изображение
Плоскость
воздух
3.47
Техническим преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются:
- увеличение относительной величины выноса входного зрачка в 1.5 раза.
- улучшение качества изображения по критерию ЧКХ при частоте 50 линий/мм в 1.5 раза.
- Увеличение глубины резко изображаемого пространства от бесконечности до 2000 мм
Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемой полезной модели повышает его информативность, что позволяет использовать его как светосильный объектив с вынесенным входным зрачком, как при работе из бесконечности, так и в качестве репродукционного объектива при работе на конечном расстоянии. Объектив предполагается использовать в наблюдательных приборах, преимущественно в системах охраны и безопасности.