СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ
LARGE-APERTURE LENS

Изобретение относится к оптическим приборам и может быть использовано при работе с матричными приемниками, в частности с ПЗС-матрицами в приборах дневного и ночного видения.
При работе с ПЗС-матрицами часто используются 5- и 6 - линзовые объективы. Известен 5-линзовый широкоугольный объектив по патенту US 5233474, опубл. 03.08.1993 г, включающий первую, третью и пятую линзы по ходу луча - двояковыпуклые, вторую - отрицательный мениск и четвертую- двояковогнутую. Относительное отверстие объектива равно 1:2,8, угол поля зрения 37,6°. Однако одна из поверхностей четвертой линзы является асферической, что усложняет изготовление объектива, который к тому же не обеспечивает необходимой светосилы.
Ближайшим по оптической схеме и назначению к предложенному является широкоугольный фотообъектив по патенту US 2696758, опубл. 14.12.1954 г., включающий шесть одиночных линз, сгруппированных в рассеивающую группу из двух линз и собирающую (силовую) группу из четырех линз. Из них первая линза по ходу луча - двояковыпуклая, вторая - отрицательная, третья и шестая - двояковыпуклые, четвертая - положительная и пятая - двояковогнутая. Объектив имеет фокусное расстояние f'=100 мм. Расчет показывает, что он обладает не очень большим относительным отверстием порядка 1:3.
Задачей изобретения является создание короткофокусного объектива с увеличенным относительным отверстием светосилой (до 1:1,2) и хорошим качеством изображения.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе, включающем шесть одиночных линз, сгруппированных в рассеивающую группу из двух линз и собирающую группу из четырех линз, из которых первая линза по ходу луча двояковыпуклая, вторая - отрицательная, третья и шестая - двояковыпуклые, четвертая - положительная, пятая - двояковогнутая, в отличие от известного вторая линза выполнена двояковогнутой, четвертая - выпукло - плоской.
Предложенная схема и новое выполнение второй и четвертой линз обеспечивают лучшее качество изображения и увеличение относительного отверстия до значения 1:1,2.
На чертеже дана оптическая схема объектива.
Объектив состоит из последовательно расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы 1, отрицательной двояковогнутой линзы 2, составляющих первую группу линз, и далее линз второй группы: двояковыпуклой линзы 3, выпукло-плоской 4, двояковогнутой 5 и двояковыпуклой 6. За объективом установлена плоскопараллельная пластина 7 ПЗС - матрицы. Предложенная оптическая схема работает как объектив. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, проходит через линзы 1-6, пластину 7 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой расположен приемник оптического излучения.
Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 1.
Таблица 1
Радиусы линз, мм
Толщина, мм
Марка стекла
Показатель преломления n<sub>e</sub>
Коэффициент дисперсии ν<sub>e</sub>
Диаметр поверхности, мм
R<sub>1</sub>=19,275
16,0
d<sub>1</sub>=3,1
БФ21
1,6178
39,75
R<sub>2</sub>=-116,41
16,0
d<sub>2</sub>=2,0
R<sub>3</sub>=-52,12
12,0
d<sub>3</sub>=0,9
БФ25
1,6108
45,82
R<sub>4</sub>=6,516
12,0
d<sub>4</sub>=16,9
Продолжение таблицы 1
Радиусы линз, мм
Толщина, MM
Марка стекла
Показатель преломления n<sub>е</sub>
Коэффициент дисперсии ν<sub>e</sub>
Диаметр поверхности, мм
R<sub>5</sub>=53,21
13,5
d<sub>5</sub>=3,2
СТК3
1,6622
57,09
R<sub>6</sub>=-13,002
13,5
d<sub>6</sub>=0,l
R<sub>7</sub>=9,954
12,0
d<sub>7</sub>=2,8
TK17
1,6305
59,09
R<sub>8</sub>=∞
12,0
d<sub>9</sub>=l,34
R<sub>9</sub>=-14289
11,0
d<sub>10</sub>=2,7
ТФ5
1,7617
27,32
R<sub>10</sub>=8,091
11,0
d<sub>11</sub>=0,75
R<sub>11</sub>=10,814
9,0
d<sub>12</sub>=2,7
CTK-3
1,6622
57,09
R<sub>12</sub>=-12,05
9,0
Объектив имеет следующие технические характеристики:
- фокусное расстояние 8,0 мм
- относительное отверстие 1:1,2
- угол поля зрения 40°
- задний отрезок (без пластины) 7.86 мм
Объектив предназначен для работы в дневных и ночных приборах в области спектра 0,4-0,9 мкм. Объектив рассчитан совместно с защитной пластиной 7 ПЗС- матрицы, расположенной около фокальной плоскости объектива.
Качество изображения объектива характеризуется его коэффициентом передачи контраста (КПК). В таблице 2 сравниваются КПК предложенного объектива и прототипа.
Таблица 2
КПК
Объектив
Прототип
N=20 лин/мм
N=50 лин/мм
N=20 лин/мм
N=50 лин/мм
1. Для точки на оси
0,712
0,391
0,628
0,390
2. Для зоны поля ω<sub>1</sub>=14°
- меридиональное сечение
0,514
0,292
0,493
0,212
- сагиттальное сечение
0,570
0,322
0,590
0,318
3. Для зоны поля ω<sub>1</sub>=200
- меридиональное сечение
0,550
0,287
0,393
0,166
- сагиттальное сечение
0,587
0,290
0,500
0,196
Таким образом, в предложенном объективе обеспечено получение технического результата: при повышенном относительном отверстии 1:1,2 достигается и высокое качество изображения.