ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице.
Известен телеобъектив [1] из трех компонентов, первый из которых - двусклеенная линза, состоящая из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Данная конструкция объектива имеет хорошее качество изображения в спектральном диапазоне (600…900)нм при относительном отверстии 1:4 и угле поля зрения 2W=3°, причем длина телеобъектива от первой поверхности до плоскости изображений составляет не более 0,85 фокусного расстояния объектива. Однако данная конструкция не позволяет сохранить высокое качество изображений при увеличении относительного отверстия и угла поля зрения.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из двух компонентов. Первый компонент состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент содержит двояковыпуклую линзу и отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов.
-1
Данная конструкция обеспечивает угловое поле зрения до 12° при относительном отверстии 1:1,6, при этом длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений составляет 1,35 фокусного расстояния объектива. Однако недостатком прототипа является невысокое качество изображения, определяемое значением коэффициентов передачи модуляции (T) не более 0,5 для точки на оси для пространственной частоты N=67 мм в спектральном диапазоне (600…900)нм при относительном отверстии 1:3,5.
Задачей полезной модели является повышение качества изображения в спектральном диапазоне λ=(600…900) нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения 2W=6° при относительном отверстии объектива 1:3,5 и уменьшение общей длины объектива.
-1
Объектив содержит два компонента, расположенных на оптической оси, первый компонент содержит две линзы, первая из которых выполнена двояковыпуклой, второй компонент - отрицательный мениск, в отличие от прототипа, вторая линза первого компонента выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, а отрицательный мениск второго компонента обращен вогнутой поверхностью к пространству изображений, причем расстояние между первым и вторым компонентами составляет не менее 0,3 фокусного расстояния объектива, толщина мениска второго компонента по оптической оси составляет не менее 0,06 фокусного расстояния объектива, а сумма оптических сил двух компонентов не превышает 0,006 мм.
Конструкция первого компонента, выполненного в виде двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного вогну той поверхностью к пространству изображений, и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, обеспечивает исправление сферической аберрации и хроматизма положения в спектральном диапазоне (600…900)нм.
Выполнение второго компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, имеющего толщину не менее 0,06 фокусного расстояния объектива, позволило исправить кривизну поля и астигматизм для угла поля зрения 2W=6°.
-1
Выбор сумм оптических сил компонентов не более 0,006 мм позволяет исправить кривизну изображения, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков при угле поля зрения 2W=6°.
Выбор расстояния между первым и вторым компонентами не менее 0,3 фокусного расстояния объектива, обеспечил общую длину от первой поверхности объектива до плоскости изображения не превышающую 1,05 фокусного расстояния объектива при высоком качестве изображения по всему полю зрения.
-1
Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне: λ=(600…900)ΗΜ, имеет фокусное расстояние 70,2 мм, относительное отверстие 1:3,5. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (T) для пространственной частоты N=67 мм в точке на оси (y'=0) не менее 0,7, на краю поля зрения 2W=6° не менее 0,5.
На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
e
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 e(λ=546 нм), y-число Аббе для линии e.
На фиг. 3 приведен график поперечной сферической аберрации объектива.
На фиг. 4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=6°.
На фиг. 5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) для точки на оси.
На фиг. 6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) для точки на краю поля зрения 2W=6°.
Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже
Таблица
λ, мкм
600
650
700
800
900
С
0,42
1,0
0,82
0,37
0,15
Объектив (фиг. 1) состоит из двух компонентов и светофильтра. Первый компонент содержит двояковыпуклую линзу 1 и положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, и склеенный из двояковыпуклой линзы 2 и двояковогнутой линзы 3. Фокусное расстояние первого компонента равно 63,34 мм. Второй компонент представляет собой отрицательный мениск 4, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Фокусное расстояние второго компонента составляет - 95,48 мм. Значения фокусных расстояний компонентов приведены для λ=650 нм. Толщина мениска второго компонента равна 4,4 мм, что составляет 0,063 фокусного расстояния объектива. Расстояние между первым и вторым компонентами равно 25 мм, что составляет 0,356 фокусного расстояния объектива.
Сумма оптических сил компонентов объектива равна
-1
Σφ=1/63,34+1/-95,48=0,0053 мм.
Объектив рассчитан со светофильтром 5, имеющим толщину 2 мм. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения равна 70,17 мм, что составляет 0,9997 его фокусного расстояния, длина прототипа составляет 1,35 фокусного расстояния объектива.
Графики аберраций, приведенные на фиг. 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.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=6° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 20 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз двух компонентов 1-4 и светофильтр 5 фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.
Источники информации
1. Патент BY №4253, публикация 2008 г, МПК G02B 9/12
2. Патент RU №2183341 C1, публикация 2002 г., МПК G02B 13/14, G02B 9/34 - прототип.