Светосильный объектив

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к системам формирования изображения, и может использоваться как объектив видеокамеры совместно с различными приемниками изображения, в том числе, ПЗС и КМОП матрицами.
-1
Известен светосильный объектив (пат. №2308063, Российская Федерация, МПК G02B 9/64, заявка: 2006110674/28, 03.04.2006; опубл. 10.10.2007), содержащий восемь компонентов и апертурную диафрагму, расположенную между вторым и третьим компонентами. Первый и второй компоненты - положительные мениски, обращенные выпуклыми поверхностями к пространству изображений, третий компонент - отрицательная склеенная линза, состоящая из двояковогнутой линзы и положительного мениска, четвертый и пятый компоненты - двояковыпуклые линзы, шестой компонент - положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, седьмой компонент - двояковогнутая линза и восьмой компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов. Данная схема, включающая девять отдельных линз в восьми компонентах, отличается большой технической сложностью и при этом обеспечивает уровень коррекции дисторсии для углового поля 2W=20° до 0,7%, а значение полихроматических коэффициентов передачи контраста для частоты N=80 мм в точке на оси до 0,53 и в точке на краю линейного поля изображений - до 0,2. Кроме того, недостатком данного объектива является падение разрешающей способности к краю поля относительно его центра, связанное с недостаточной коррекцией кривизны поля и астигматизма, а также хроматизма увеличения.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является светосильный объектив (свид. №31003, Российская Федерация, МПК G02B 9/64, заявка: 2002133605/20, 18.12.2002; опубл. 10.07.2003), содержащий семь компонентов и апертурную диафрагму, расположенную между вторым и третьим компонентами. Первый и второй компоненты выполнены в виде положительных менисков, обращенных выпуклыми поверхностями к предмету, третий компонент - отрицательный, склеенный из положительного и отрицательного менисков и обращенный вогнутой поверхностью к изображению, четвертый компонент выполнен в виде склеенной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к предмету, пятый и шестой компоненты представляют собой двояковыпуклые линзы и седьмой компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к изображению. Недостатками прототипа является значительная дисторсия, превышающая 2% на краю углового поля 2W=23°, а также большая сложность конструкции, включающей девять отдельных линз.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является улучшение разрешающей способности объектива по всему полю зрения и уменьшение остаточной дисторсии до значений менее 0,5% на краю углового поля 2W=23°, а также упрощение конструкции объектива.
Для решения поставленной задачи предложена схема объектива, содержащая, как и в прототипе, семь компонентов и апертурную диафрагму, при этом первый компонент - положительный мениск, второй компонент - положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент - отрицательный, пятый и шестой компоненты - положительные, седьмой компонент - отрицательный. Предлагаемый объектив отличается от прототипа тем, что положительный мениск первого компонента обращен выпуклой поверхностью к пространству изображений, третий компонент представляет собой одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент выполнен в виде положительной двояковыпуклой линзы, пятый и шестой компоненты выполнены в виде положительных менисков, обращенных выпуклыми поверхностями к пространству предметов, седьмой компонент представляет собой отрицательную склеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами. Оптические силы четвертого, пятого и шестого компонентов составляют от 0,4 до 0,5 от оптической силы объектива, показатели преломления материалов второго, четвертого, пятого и шестого компонентов, а также положительной линзы седьмого склеенного компонента составляют от 1,59 до 1,62, а значения их коэффициентов дисперсии находится в пределах от 59 до 63. Кроме того, первый, второй и пятый компоненты могут быть выполнены в виде двояковыпуклых линз, а третий компонент - в виде двояковогнутой линзы.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что форма и расположение первых трех компонентов способствуют исправлению дисторсии, четвертый пятый и шестой компоненты, оптические силы которых пропорционально связаны с оптической силой объектива, образуют группу линз, работающую эффективным корректором аберраций широких наклонных пучков лучей, конструкция седьмого компонента, выполненного в виде склеенной линзы, обращенной вогнутой стороной к изображению, позволяет исправить остаточную кривизну поля и астигматизм, а выбранные материалы линз второго, четвертого, пятого и шестого компонентов, а также положительной линзы седьмого склеенного компонента обеспечивают коррекцию хроматизма увеличения во всем рабочем спектральном диапазоне объектива. При этом общее количество отдельных линз уменьшилось по сравнению с прототипом до восьми.
-1
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется Приложением, где представлены результаты расчета конкретного варианта объектива, имеющего следующие основные характеристики: фокусное расстояние f’=60 мм, угловое поле в пространстве предметов 2W=23°, относительное отверстие 1:1,3, рабочий спектральный диапазон Δλ=(680-820) нм, основная длина волны 766 нм. Дисторсия данного объектива для углового поля 2W=23° составляет 0,17%, а значение полихроматических коэффициентов передачи контраста для частоты N=80 мм в точке на оси до 0,71 и в точке на краю линейного поля изображений - до 0,47.
Таким образом, техническим результатом является улучшение разрешающей способности объектива и уменьшение остаточной дисторсии, а также упрощение конструкции объектива за счет уменьшения числа линз.
В таблице 1 приведены конструктивные параметры светосильного объектива.
На фиг. 1 представлена оптическая схема светосильного объектива.
На фиг. 2 приведен график дисторсии.
На фиг. 3 приведены кривые сферической аберрации.
На фиг. 4 приведены кривые аберраций широкого наклонного пучка для крайней точки поля в меридиональном и сагиттальном сечении.
На фиг. 5 приведены графики частотно-контрастных характеристик (ЧКХ) для точек на оси и на краю поля зрения.
Объектив (фиг. 1) содержит семь компонентов, первый из которых - положительный мениск 1, обращенный выпуклой поверхностью к пространству изображений, второй компонент - положительный мениск 2, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент - отрицательный мениск 3, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент выполнен в виде положительной двояковыпуклой линзы 5, пятый 6 и шестой 7 компоненты - положительные мениски, обращенные выпуклыми поверхностями к пространству предметов, а седьмой компонент - отрицательная склеенная линза 8, состоящая из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Апертурная диафрагма 9 расположена между третьим и четвертым компонентами. Предложенная схема также предусматривает возможность включения в нее светофильтра 4.
Предлагаемый объектив работает следующим образом. Световой поток, исходя от находящегося на бесконечности предмета, падает на входной зрачок объектива в пределах углового поля 2W=23° и, проходя через его компоненты, формирует изображение в фокальной плоскости.
Таким образом, характеристики предлагаемого светосильного объектива позволяют использовать его в высокоточных измерительных видеосистемах, где предъявляются особо жесткие требования к уровню коррекции дисторсии и разрешающей способности объектива.