ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице.
Известен фотографический объектив [1], содержащий два компонента, первый - положительный, состоящий из трех одиночных линз, первая и вторая из которых положительные, третья отрицательная, второй компонент - отрицательный, состоящий из четырех одиночных линз, первая из которых отрицательная, вторая двояковогнутая, третья - двояковыпуклая и четвертая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов.
Недостатками объектива являются небольшое относительное отверстие 1:6,3, угол поля зрения, не превышающий 10°, и дисторсия, достигающая 0,015% (0,006 мм) для угла поля зрения 10°.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является фотографический объектив [2], содержащий два компонента, первый - положительный, состоящий из последовательно расположенных одиночных линз, первая из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, вторая и третья линзы выполнены в виде положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, а четвертая линза - двояковыпуклая, второй компонент - отрицательный, состоящий из четырех одиночных линз, первая и вторая из которых двояковогнутые, третья - двояковыпуклая, а четвертая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений.
Недостатками прототипа являются небольшое относительное отверстие 1:4,8 и спектральный диапазон, не превышающий 360 нм в рабочей области λ=(540…900) нм.
Задачей полезной модели является увеличение спектрального диапозона до 400 нм, относительного отверстия до 1:3,6 при сохранении высокого качества изображения и дисторсии, не превышающей 0,001 мм для углового поля зрения 16,8°.
e
e
е
e
е
e
е
e
Сущность полезной модели заключается в том, что объектив содержит последовательно расположенные на оптической оси первую положительную линзу, первую отрицательную линзу, вторую положительную линзу, вторую отрицательную линзу и третью положительную линзу, выполненную в виде двояковыпуклой линзы, в отличие от прототипа после третьей положительной линзы введены два отрицательных мениска, обращенных вогнутостью к пространству предметов, первая положительная линза выполнена двояковыпуклой, первая отрицательная линза выполнена двусклеенной, состоящей из двояковогнутой линзы с показателем преломления n и коэффициентом дисперсии ν, удовлетворяющими условиям 1,64≤n≤1,66, 43≤ν≤44, и положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений с показателем преломления n и коэффициентом дисперсии ν, удовлетворяющими условиям 1,61≤n≤1,62, 58≤ν≤59, вторая положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, вторая отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, расстояние между первой отрицательной линзой и второй положительной линзой составляет не менее 0,05 фокусного расстояния объектива.
е
e
Выполнение первой положительной линзы двояковыпуклой, первой отрицательной линзы - двусклеенной, состоящей из отрицательной двояковогнутой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, использование в склеенной линзе стекол с показателями преломления n равными 1,6441 и 1,6152, коэффициентами дисперсии ν равными 43,24 и 58,69 соответственно позволяет исправить вторичный спектр и тем самым расширить спектральный диапазон до 400 нм. Выполнение второй положительной линзы в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, отстоящей от первой отрицательной линзы на расстояние не менее 0,05 фокусного расстояния объектива, позволяет уменьшить кривизну изображения и сферическую аберрацию в точке на оси. Вторая отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, и совместно с третьей положительной линзой, выполненной двояковогнутой, обеспечивают коррекцию меридиональной кривизны и хроматизма увеличения. Введение после третьей положительной линзы двух отрицательных менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, позволяет осуществить окончательную коррекцию аберраций широкого наклонного пучка лучей для спектрального диапозона λ=(450…850) нм при относительном отверстии 1:3,6, дисторсии 0,001 мм и угловом поле зрения 16,8°.
Выбор марок стекол осуществлен таким образом, чтобы обеспечить с одной стороны минимальный хроматизм увеличения, не превышающий 0,006 мм и минимальные значения сферохроматической аберрации, тем самым расширить спектральный диапазон до 400 нм, а с другой стороны минимальное изменение фокусного расстояния и заднего фокального отрезка при изменении температуры.
Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне λ=(450…850) нм, имеет фокусное расстояние 100 мм, относительное отверстие 1:3,6 и поле зрения 2W=16,8°.
-1
Объектив имеет высокое качество изображений: сферическая аберрация для края зрачка не превышает 0,01 мм, дисторсия не превышает 0,001 мм, хроматизм увеличения для края поля зрения не превышает 0,006 мм. Такое исправление аберраций обеспечивает концентрацию энергии в кружке 0,016 мм не менее 81% для точки на оси и не менее 74% для крайних точек поля зрения. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции для пространственной частоты N=50 мм в точке на оси y'=0 составляют не менее 0,5, на краю поля зрения 2W=16,8° не менее 0,45, что позволяет получать на приемнике изображения малых контрастов.
На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
е
e
На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R - радиус кривизны поверхностей линз, D - расстояние между поверхностями линз, Св. Ø - световой диаметр линз, n - показатель преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), ν - коэффициент дисперсии для линии е.
На фиг.3 приведены графики поперечной сферической аберрации объектива и графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения для углов поля зрения W=8,4° и W=6°.
На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков сагиттального сечения для углов поля зрения W=8,4° и W=6°.
На фиг.5 приведены графики дисторсии, меридиональной и сагиттальной кривизны поля зрения.
На фиг.6 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси и для углов поля зрения W=8,4° и W=6°.
Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения С, приведенной ниже.
λ, нм
450
550
650
750
850
С
0.50
1
1
1
0.5
е
e
е
e
Объектив (фиг.1) состоит из последовательно расположенных на оптической оси восьми линз. Первая положительная линза 1 выполнена двояковыпуклой. Первая отрицательная линза - двусклеенная из двояковогнутой линзы 2 из стекла с показателем преломления n=1,6541 и коэффициентом дисперсии ν=43,24 и положительного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству изображений, из стекла с показателем преломления n=1,6152 и коэффициентом дисперсии ν=58,69, вторая положительная линза 4 представляет собой мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображенй и расположенный на расстоянии 5 мм от положительного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству изображений, что составляет не менее 0,05 фокусного расстояния объектива. Вторая отрицательная линза 5 выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, третья положительная линза 6 выполнена двояковыпуклой, третья 7 и четвертая 8 линзы представляют собой отрицательные мениски, обращенные вогнутостью к пространству предметов.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения W=8,4° попадает в объектив и, преломившись через поверхности линз 1-8, фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.
Графики аберраций, приведенные на фиг.3-6, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения в спектральном диапазоне от 450 нм до 850 нм.
Источники информации
1. Патент RU №2183339 C1, публикация 2002 г, МПК G02B 9/64
2. Патент RU №2183028 C1, публикация 2002 г, МПК G02B 9/64 - прототип.