ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ ТИПА РЫБИЙ ГЛАЗ
WIDE-ANGLED LENS OF FISH EYE TYPE

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к объективам, работающим с ПЗС-приемниками, и может быть использовано для получения информации от внешних объектов.
Известен широкоугольный объектив по патенту США, № 7,239,456 В2, МПК G02B 13/04, дата публикации 06.10.2005 г., который содержит 10 компонентов.
Объектив-аналог имеет угловое поле 100 угловых градусов и относительное отверстие 1:2.8.
Недостатки известного объектива - малое угловое поле и неудовлетворительное качество изображения.
Наиболее близким по техническому решению является широкоугольный объектив типа рыбий глаз по патенту США № 7,161,746 В2, МПК G02B 13/04, дата публикации 05.05.2005 г., который выбран авторами за прототип.
Объектив-прототип содержит семь компонентов, первый и второй из которых - отрицательные мениски, обращенные вогнутостью к пространству изображений, третий - склеенный из отрицательной и положительной линз, четвертый - плоскопараллельная пластинка, пятый компонент - положительный, шестой склеен из отрицательной и положительной линз, а седьмой - положительный, причем апертурная диафрагма расположена после третьего компонента.
Объектив-прототип имеет угловое поле близкое к 180 угловым градусам и относительное отверстие 1:2.8, качество изображения, особенно на краях поля, является неудовлетворительным.
К недостаткам прототипа относится неудовлетворительное качество изображения, которое снижает информативность объектива.
Задачей изобретения является создание объектива с повышенной информативностью с одновременным улучшением качества изображения по всему полю за счет конструктивного выполнения его оптической схемы.
Решение указанной задачи достигается тем, что в широкоугольном объективе типа рыбий глаз, содержащем семь компонентов, первый и второй из которых - отрицательные мениски, обращенные вогнутостью к пространству изображений, третий - склеенный из отрицательной и положительной линз, пятый компонент - положительный, шестой склеен из отрицательной и положительной линз, а седьмой - положительный, четвертый компонент склеен из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, пятый компонент склеен из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к объекту, а седьмой компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, при этом апертурная диафрагма расположена между четвертым и пятым компонентами.
Кроме того, объектив по п.1, отличающийся тем, что положительная линза третьего компонента выполнена двояковыпуклой.
Кроме того, объектив по п.1, отличающийся тем, что отрицательная линза шестого компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению.
Выполнение первого и второго компонентов в виде отрицательных менисков, обращенных вогнутостью к объекту, является традиционным для широкоугольных объективов и часто встречается в оптических системах.
Выполнение положительной линзы склеенного третьего компонента в форме двояковыпуклой линзы влияет на аберрации высшего порядка в широких наклонных пучках, в то время как форма слабого положительного мениска у прототипа дает большие значения аберраций высшего порядка, что ухудшает качество изображения, особенно при угловых полях, превышающих 100 угловых градусов.
Форма выполнения четвертого компонента склеенным из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, воздействует на кому высшего порядка и одновременно улучшает светораспределение в плоскости изображения.
Выполнение пятого компонента, склеенным из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к объекту, кроме коррекции сферической аберрации для точки на оси, включающей в себя и коррекцию хроматических аберраций, позволяет корректировать аберрации в зрачках и аберрации высшего порядка в широких наклонных пучках для зоны углового поля.
Выполнение шестого компонента таким образом, что отрицательная линза шестого компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению, позволяет корригировать хроматическую дисторсию, возникающую при увеличении углового поля свыше 90 угловых градусов.
Выполнение седьмого компонента, склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, позволяет исправлять астигмо-хроматические аберрации и кривизну поля, а также аберрации высшего порядка в широких наклонных пучках.
Расположение апертурной диафрагмы между четвертым и пятым компонентами (у прототипа - между третьим и четвертым компонентами) позволяет улучшить коррекцию астигматических аберраций, в том числе и астигмо-хроматизма и аберраций в зрачках, которые сильно влияют на качество изображения при больших углах, при которых работает объектив типа рыбий глаз.
Плоскопараллельная пластинка, установленная в плоскости изображения, должна учитываться при коррекции аберраций, поскольку она расположена в сходящемся пучке лучей. Пластинка является элементом приемника изображения ПЗС-матрицы и обеспечивает функционирование ПЗС-камеры.
Указанная совокупность обеспечивает необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать объектив с повышенной информативностью с одновременным улучшением 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, большим линейным полем в пространстве изображений, одновременно обладающим улучшенным качеством изображения по всему полю.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- на фиг.1 представлена оптическая схема широкоугольного объектива типа рыбий глаз;
- на фиг.2 представлены графики частотно-контрастных характеристик объектива по предлагаемому изобретению.
Широкоугольный объектив типа рыбий глаз, содержит последовательно расположенные по ходу луча семь компонентов, первый и второй - отрицательные мениски 1 и 2, обращенные вогнутостью к пространству изображений, третий компонент склеен из отрицательной 3 и положительной 4 линз, четвертый компонент склеен из отрицательного 5 и положительного 6 менисков, обращенных вогнутостью к изображению, апертурную диафрагму 7, пятый компонент склеен из положительного 8 и отрицательного 9 менисков, обращенных вогнутостью к объекту, шестой компонент склеен из отрицательного 10 и положительного 11 компонентов, седьмой склеен из положительного 12 и отрицательного 13 компонентов, а после седьмого компонента расположена плоскопараллельная пластинка 14.
Объектив работает следующим образом: световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива 1-14, после которых образуется изображение в фокальной плоскости объектива. Изображение затем совмещается со светочувствительным слоем ПЗС-матрицы (не показана).
Примером конкретной реализации предлагаемого изобретения является широкоугольный объектив типа рыбий глаз, имеющий фокусное расстояние 1.92 мм, относительное отверстие 1:2.8 и угловое поле 2w=170 угловых градусов, толщина пластинки, выполненной из стекла К8, составляет 1.8 мм.
Конструктивные параметры объектива представлены в таблице 1, а его характеристики - в таблице 2.
Таблица 1Конструктивные параметры объектива
N поверхности
Радиусы, мм
Толщины, мм
Марки стекол
Световые высоты, мм
Объект
бесконечность
Воздух
6.04
1
25.684
0.6
ТК12
3.36
2
3.598
1.93
воздух
3.33
3
13.6
0.52
К8
2.64
4
3.761
1.73
воздух
2.49
5
-10.471
0.45
КФ7
2.27
6
4.529
3.45
ТК21
1.73
7
-10.691
0
воздух
1.56
8
6.081
0.48
Ф1
1.27
9
2.014
0.8
СТК19
1.09
10
7.9
0.56
Воздух
0.75
11 - диафрагма
плоскость
0.75
воздух
0.73
12
-3.59
0.88
ТК21
0.82
13
-1.419
0.43
ТФ4
1.06
14
-3.4
0
воздух
1.18
15
11.05
0.61
ТФ10
1.36
16
3.761
1.66
ТК21
1.73
17
-12.99
0
воздух
1.89
18
6.081
1.72
ТК12
2.01
19
-11.614
0.91
РВН71 (Ohara)
2.12
20
-14.997
1.96
воздух
2.31
21
плоскость
1.8
К8
2.42
22
плоскость
-0.0055
воздух
2.42
Изображение
плоскость
воздух
2.42
Таблица 2Технические характеристики объектива
N
Название характеристики
Значение
1
Фокусное расстояние, мм
1.93
2
Угловое поле, угл. град
170
3
Относительное отверстие
1:2.8
4
Задний фокальный отрезок, мм
3.15
5
Общая длина, мм
17.48
Техническим преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются:
улучшение качества изображения по критерию ЧКХ при частоте 50 лин/мм в 5 раз, что практически соответствует значению дифракционного предела для объектива с указанными характеристиками.
Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемому изобретению повышает его информативность, что позволяет использовать его как широкоугольный объектив типа рыбий глаз, обладающий качеством изображения, близким к дифракционному пределу разрешения по всему полю изображения в пределах контролируемого диапазона частот 50-70 лин/мм.