ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице.
Известен светосильный длиннофокусный объектив [1], содержащий апертурную диафрагму, первый компонент - положительный, выполненный склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент, выполненный склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, третий компонент - отрицательный, выполненный в виде одиночной двояковогнутой линзы, четвертый компонент, выполненный склеенным из положительного мениска и двояковыпуклой линзы, пятый и шестой компоненты - одиночные отрицательные мениски, обращенные выпуклой поверхностью к пространству изображений.
Недостатком объектива является относительно небольшой спектральный диапазон, не превышающий 200 нм, и дисторсия, достигающая 2% для угла поля зрения 10°.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является светосильный объектив [2], содержащий восемь установленных последовательно на оптической оси компонентов и апертурную диафрагму, первый и второй компоненты которого выполнены в виде положительных менисков, обращенных вогнутыми поверхностями к пространству изображений, третий компонент - отрицательная двускле енная линза, состоящая из двояковогнутой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый и пятый компоненты выполнены в виде двояковыпуклых линз, шестой компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, седьмой компонент - двояковогнутая линза, восьмой компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, при этом апертурная диафрагма установлена между вторым и третьим компонентами.
Недостатком прототипа является относительно небольшой спектральный диапазон, не превышающий 140 нм (от 680 нм до 820 нм), небольшое поле зрения 2W=20° и достаточно большая дисторсия 0,7% на этом угле поля зрения.
Задачей полезной модели является увеличение спектрального диапозона до 400 нм, увеличение угла поля зрения до 36°, уменьшение дисторсии на этом угле поля зрения до 0,003 мм, что составляет менее 1% при сохранении высокого качества изображения.
Сущность полезной модели заключается в том, что объектив содержит последовательно расположенные на оптической оси первый положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, отрицательную двусклеенную линзу, первую и вторую одиночные двояковыпуклые линзы, второй положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, первую двояковогнутую линзу и апертурную диафрагму, в отличие от прототипа дополнительно содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и расположенный между отрицательной двусклеенной и первой одиночной двояковыпуклой линзами, вторую двояковогнутую линзу, расположенную между первой и второй одиночными двояковыпуклыми линзами, отрицательная двусклеенная линза состоит из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, апертурная диафрагма расположена на первой поверхности отрицательного мениска, расстояние между первым положительным мениском и отрицательной двусклеенной линзой составляет не менее 0,1 фокусного расстояния объектива, а расстояние между вторым положительным мениском и первой двояковогнутой линзой составляет не менее 0,2 фокусного расстояния объектива.
Введение отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, между отрицательной двусклеенной и первой двояковыпуклой линзами и второй двояковогнутой линзы между первой и второй одиночными двояковыпуклыми линзами, выполнение второго компонента в виде двусклеенной отрицательной линзы, состоящей из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, позволяет наилучшим образом скомпенсировать вторичный спектр в объективе и тем самым обеспечить высокое качество изображения. С целью увеличения угла поля зрения в пространстве предметов при отсутствии виньетирования, апертурная диафрагма расположена на первой поверхности отрицательного мениска и расстояние между первым положительным мениском и двусклеенной отрицательной линзой составляет не менее 0,1 фокусного расстояния объектива. Использование в качестве последнего компонента первой двояковогнутой линзы, расположенной на расстоянии не менее 0,2 фокусного расстояния объектива от второго положительного мениска, обеспечивает окончательную коррекцию дисторсии, астигматизма и кривизны изображения.
Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне λ=(450…850)нм, имеет фокусное расстояние 45 мм, относительное отверстие 1:2,4 и поле зрения 2W=36,4°.
Объектив имеет высокое качество изображений:
- сферическая аберрация для края зрачка не превышает 0,01 мм, дисторсия не превышает ±0,0016 мм, что составляет менее 0,5%, хроматизм увеличения для края поля зрения не превышает 0,006 мм. Такое исправление аберраций обеспечивает концентрацию энергии в кружке 0,016 мм не менее 85% для точки на оси и не менее 73% для крайних точек поля зрения;
-1
Полихроматические коэффициенты передачи модуляции для пространственной частоты N=50 мм в точке на оси у'=0 составляют не менее 0,5, на краю поля зрения 2W=36,4° не менее 0,4, 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 - радиусы кривизны поверхностей линз, Св.Ø - световой диаметр 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 приведены графики поперечной сферической аберрации объектива и графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения для углов поля зрения W=18°H W=12°.
На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков сагиттального сечения для углов поля зрения W=18°H W=12°.
На фиг.5 приведены графики дисторсии, меридиональной и сагиттальной кривизны поля зрения.
На фиг.6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.
Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности ак-тиничного потока излучения С, приведенной ниже.
λ, нм
450
550
650
750
850
С
0.50
1
1
1
0.5
Объектив (фиг.1) состоит из последовательно расположенных на оптической оси девяти линз. Первая линза выполнена в виде положительного мениска 1, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Вторая линза - двусклеенная из двояковогнутой 2 и двояковыпуклой линз 3 - расположена относительно первой на расстоянии 5,2 мм, что составляет не менее 0,1 фокусного расстояния объектива. Третья линза 4 выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, на первой поверхности которого расположена апертурная диафрагма. Четвертая линза 5 и шестая линза 6 - двояковыпуклые, пятая линза 7 и восьмая линза 8 - двояковогнутые. Седьмая линза 9 выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений.
Двусклеенная отрицательная линза 2, 3 выполнена с использованием таких материалов, как стекла марок ОФ4 с особым ходом дисперсии и ТК21. Первая двояковогнутая линза 8 выполнена из стекла марки ЛКЗ. 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.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения W=18° попадает в объектив и, преломившись через поверхности линз 1-9, 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 №2010271 С1, публикация 1994 г, МПК G02B 9/62
2. Патент ВY №9628 С1, публикация 2007 г, МПК G02B 11/00 - прототип.