ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице.
Известен объектив [1], содержащий четыре компонента, из которых первый компонент представляет собой одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент выполнен из одиночной положительной линзы, третий компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и четвертый компонент выполнен из одиночной положительной линзы. Недостатком объектива является невысокое значение коэффициентов передачи модуляции (Т) для всего поля зрения, что не позволяет получить на ПЗС-матрице изображение объектов малого контраста. Использование флюорита с большим коэффициентом линейного расширения приводит к значительной терморасстраиваемости объектива, что не позволяет использовать данную конструкцию в условиях с большим перепадом температур.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив с вынесенным входным зрачком [2], содержащий отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, положительную линзу, склеенную
из положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительной и отрицательной линз. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображения по всему полю зрения. Однако недостатком прототипа является большая длина объектива (от первой поверхности до плоскости изображений), составляющая более двух фокусных расстояний объектива.
Задачей изобретения является уменьшение длины объектива при сохранении высокого качества изображений по всему полю зрения.
Объектив из четырех компонентов, первый компонент которого - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй и четвертый компоненты - положительные линзы, в отличие от прототипа, положительная линза второго компонента выполнена двояковыпуклой, третий компонент представляет собой отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, положительная линза четвертого компонента выполнена двояковыпуклой, при этом имеют место следующие соотношения:
1
0,2<d/f′<0,23
1
5,5<|f′/f′|<5,7,
где f′ - фокусное расстояние объектива,
1
f′ - фокусное расстояние первого компонента,
1
d - толщина линзы первого компонента.
1
Выполнение первого компонента в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, имеющего толщину не менее 0.22 фокусного расстояния объектива, и удовлетворяющего следующему соотношению: 5,5<|f′/f′|<5,7, обеспечивает исправление кривизны изображения.
Выполнение второго компонента в виде двояковыпуклой линзы, третьего компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и четвертого компонента, выполненного в виде двояковыпуклой линзы, позволило уменьшить длину объектива изображений при сохранении высокого качества изображений по всему полю зрения.
-1
Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне λ=(550...850)нм, имеет фокусное расстояние 43,5 мм, относительное отверстие 1:2,8 и поле зрения 2W=12°. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений 70 мм, что составляет 1,6 фокусного расстояния объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=60 мм в точке на оси не менее 0,69, на краю поля зрения не менее 0,54.
На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
е
e
На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R - радиусы кривизны поверхностей линз, D - расстояния между поверхностями линз, n-показатель преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), ν-число Аббе для линии е.
На фиг.3 приведен график поперечной сферической аберрации объектива.
На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=12°.
На фиг.5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.
На фиг.6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=12°.
Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже:
Таблица
λ, нм
500
550
600
700
850
С
0,04
1
0,83
0.44
0.05
Объектив (фиг.1) состоит из четырех компонентов 1-4. Первый компонент 1 содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент 2 представляет собой положительную линзу, выполненную двояковыпуклой, третий компонент 3 выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, четвертый компонент 4 выполнен в виде двояковыпуклой линзы.
1
2
3
4
Фокусное расстояние первого компонента f′=-244,2 мм, фокусное расстояние второго компонента f′=70,2, фокусное расстояние третьего компонента f′=-169,6, фокусное расстояние четвертою компонента f′=58,1.
В объективе соблюдены следующие соотношения:
1
0,2<d/f′=9,4/43,5=0,216<0,23
1
5,5<|f′/f′|=|-244,2/43,5|=5,61<5,7
Объектив содержит светофильтры 5 и 6, выделяющие спектральный диапазон в соответствии с таблицей. При расчете объектива учтена толщина защитного стекла ПЗС-матрицы.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=12° попадает в объектив и, преломившись через поверхности линз компонентов 1, 2, 3, 4 и светофильтров 5 и 6, фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.
Графики аберраций, приведенные на рис.3 и 4, а также графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг.4 и 5, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения, что позволяет получить изображение объектов с малым контрастом (К=0.1).
Таким образом, обеспечено получение технического результата: длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений составляет 70,07 мм=1,61f′, что значительно меньше длины объектива ближайшего аналога, составляющей 2,5f′, при сохранении высокого качества объектива.
Источники информации
1. А.с. SU №200806, публикация 1967 г, МПК G02B 3/01.
2. Патент BY №6363, публикация 2001 г, МПК G02B 9/60 - прототип.