ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее, к малогабаритным объективам, работающим с ПЗС-приемниками, и может быть использована для получения информации от внешних объектов.
Известен светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по патенту России N2024038, МПК G02B 9/12, Б.И. N22, 1994, который содержит три компонента, первый из которых отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету и склеенный из отрицательного и положительного менисков, второй компонент - положительный, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.
Недостаток известного объектива - малое угловое поле и неудовлетворительное качество изображения.
Наиболее близким по техническому решению является широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком по патенту России Патент N2313812, МПК G02B 9/12, Б.И. №36 от 27.12.2007 г., который выбран авторами за прототип. Объектив-прототип включает в себя три компонента, положительный компонент, склеенный из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к предмету, второй положительный компонент и двояковогнутую линзу.
Недостаток известного объектива - малое угловое поле и неудовлетворительное качество изображения.
Задачей полезной модели является создание широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком с повышенной информативностью за счет увеличения углового поля и улучшения качества изображения, в том числе, уменьшение аберрации дисторсии, за счет конструктивного выполнения его оптической схемы.
Решение указанной задачи достигается тем, что широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, включающий в себя три компонента, положительный компонент, склеенный из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к предмету, второй положительный компонент и двояковогнутую линзу, при этом второй положительный компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, причем толщина упомянутого положительного мениска составляет величину не менее 0.25 f', f' - фокусное расстояние объектива, показатели преломления материала отрицательного мениска первого компонента и двояковогнутой линзы составляют величину не менее 2.0, а коэффициенты дисперсии их материала - величину не более 17, при этом разница показателей преломления и коэффициентов дисперсии менисков положительного склеенного компонента составляет величины не менее 0.6 для показателя преломления и не менее 40 для коэффициента дисперсии.
Кроме того, широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком по п.1, отличающийся тем, что между оптическими силами компонентов объектива выполняются следующие соотношения: ,
где
1
2
3
φ, φ, φ - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов объектива.
Выполнение положительного мениска первого компонента с толщиной не менее 0.25 f', f' - фокусное расстояние объектива позволяет обеспечить оптимальную коррекцию кривизны поля при уменьшенной величине дисторсии.
Выполнение второго положительного компонента в виде одиночной двояковыпуклой линзы позволяет обеспечить коррекцию комы высшего порядка в широком наклонном пучке и астигматизма, возникающего при увеличении углового поля.
Минимизация хроматических аберраций высшего порядка, возникающих при увеличении поля изображения (в данном случае минимизируются астигмо-хроматические аберрации и хроматическая кома высшего порядка в широком наклонном пучке), достигается за счет того, что показатели преломления материала отрицательного мениска первого компонента и двояковогнутой линзы составляют величину не менее 2.0, а коэффициенты дисперсии их материала - величину не более 17, при этом разница показателей преломления и коэффициентов дисперсии менисков положительного склеенного компонента составляет величины не менее 0.6 для показателя преломления и не менее 40 для коэффициента дисперсии. Перечисленные величины определены экспериментальным путем.
Выполнение третьего компонента в виде оптического элемента с близкой к нулю оптической силой (афокального) является важным средством для исправления аберраций высшего порядка в объективе, в котором из-за малого количества компонентов аберрации высшего порядка большие и трудно поддающиеся коррекции.
1
2
3
Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком по п.1 имеет оптические компоненты, между оптическими силами которых выполняются следующие соотношения: , где φ, φ, φ - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов объектива.
Такое соотношение оптических сил является дополнительным фактором, позволяющим оптимальным образом сбалансировать аберрации широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком.
Перед поверхностью изображения устанавливается плоскопараллельная пластинка, которая служит для того, чтобы обеспечить функционирование объектива - настоящей полезной модели, в составе ПЗС-камеры (ПЗС-матрица 1/3"). Толщина пластинки 0.8 мм учитывается при коррекции аберраций.
Указанная совокупность позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком с повышенной информативностью за счет уменьшения дисторсии и улучшения качества изображения за счет конструктивного выполнения его оптической схемы.
Совокупность всех признаков позволяет решить поставленную задачу, исключение любого из них ведет к невозможности реализации широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком, обладающим уменьшенной дисторсией, одновременно обладающим улучшенным качеством изображения.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- на фиг.1 представлена оптическая схема широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком;
- на фиг.2 представлен график дисторсии для широкоугольного 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=140° в сагиттальном и меридиональном сечениях.
Широкоугольный объектив содержит последовательно расположенные по ходу луча три компонента, положительный компонент 1 - склеенный из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к предмету, положительный компонент 2 - одиночная двояковыпуклая линза, компонент 3 - двояковогнутая линза и плоскопараллельную пластинку 4.
Объектив работает следующим образом: световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива 1-4, 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 широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, имеющий фокусное расстояние 2.95 мм, относительное отверстие 1:4.9 и угловое поле 2w=145 угловых градусов, толщина пластинки, выполненной из стекла К8, составляет 0.8 мм.
Конструктивные параметры объектива представлены в таблице 1, а его технические характеристики - в таблице 2.
Таблица 1.Конструктивные параметры объектива.
N поверхности
Радиусы, мм
Толщины, мм
Марки стекол
Световые диаметры, мм
Объект
бесконечность
Воздух
1 - диафрагма
плоскость
0.11
Воздух
0.6
2
-4.099
0.785
ЛК1
1.03
3
-0.683
0.687
СТФ3
1.4
4
-1.278
0
воздух
2.5
5
5.172
1.617
СТК19
4.32
6
-6.137
1.026
Воздух
4.42
7
-4.442
0.614
СТФ3
4.1
8
38.043
0.9
воздух
4.6
9
Плоскость
0.8
К8
5.6
10
Плоскость
0
воздух
6.18
Изображение
Плоскость
воздух
6.1
Таблица 2.Технические характеристики объектива.
N
Название характеристики
Значение
1
Фокусное расстояние, мм
2,95
2
Угловое поле, угл. град.
140
3
Относительное отверстие
1:4,9
4
Задний фокальный отрезок, мм
1.5
5
Общая длина, мм
5.8
Техническим преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются:
- увеличение углового поля в 1.55 раза;
- улучшение качества изображения по критерию ЧКХ при частоте 50 линий/мм в 1.5 раза;
- уменьшение дисторсии в 6 раз при сравнении на одинаковых угловых полях - 90 угловых градусов.
Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемой полезной модели повышает его информативность, что позволяет использовать его как широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, преимущественно в системах охраны и безопасности.