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] из четырех компонентов, первый компонент которого двояковыпуклая линза, второй компонент - двусклеенный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент - двояковыпуклая линза, апертурная диафрагма расположена между вторым и третьим компонентами. Данная конструкция объектива обеспечивает угловое поле зрения 2W=30°, относительное отверстие 1:1,4, спектральный интервал λ=(0,85…1) мкм. Недостатком аналога является недостаточно высокое качество изображения, недостаточно большое поле зрения, небольшой спектральный интервал.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является светосильный объектив [2], содержащий четыре компонента, первый из которых представляет собой отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент - двояковыпуклая линза, третий компонент включает двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, четвертый компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Апертурная диафрагма расположена между вторым и третьим компонентами.
-1
Данная конструкция объектива обеспечивает относительное отверстие 1:2 при фокусном расстоянии объектива 9,36 мм, угловое поле зрения 2W=48°24'. Недостатком прототипа является недостаточно высокое качество изображения широких наклонных пучков: меридиональный кружок рассеяния для угла поля зрения 2W=40° составляет не менее 0,08 мм, хроматизм увеличения не менее 0,02 мм, что приводит к невысоким значениям коэффициентов передачи модуляции (Т), которые не превышают 0,4 для точки на оси и 0,05 для поля зрения 2W=40° на частоте N=60 мм.
Задачей полезной модели является повышение качества изображения в спектральном диапазоне λ=500 нм…900 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения.
e
e
e
e
e
e
Объектив содержит четыре компонента, расположенных на оптической оси, первый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент - положительная линза, третий компонент включает двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, четвертый компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, апертурная диафрагма расположена между вторым и третьим компонентами, в отличие от прогтотипа, положительная линза второго компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, линзы третьего компонент склеены и образуют положительный мениск, причем расстояние d между вторым и третьим компонентами удовлетворяет условию 0,6f'<d<0,7f', где f' - фокусное расстояние объектива, положительные линзы второго, третьего и четвертого компонентов выполнены из оптического материала с показателем преломления n и коэффициентом дисперсии ν, удовлетворяющими условиям 1,74<n<1,75, 50<ν<51, а отрицательная линза третьего компонента выполнена из оптического материала с показателем преломления и коэффициентом дисперсии, удовлетворяющими условиям l,74<n<1,76, 27<ν<29.
Конструкция второго компонента, выполненного в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и выбор расстояния d между вторым и третьим компонентами, удовлетворяющего условию 0,6f'<d<0,7f', позволили исправить аберрации широких пучков, что обеспечило высокие значения коэффициента передачи модуляции для внеосевых точек.
e
e
e
e
e
e
Выполнение третьего компонента в виде склеенной линзы, состоящей из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, и образующей положительный мениск, выполнение положительных линз второго, третьего и четвертого компонентов из оптического материала с показателем преломления n и коэффициентом дисперсии ν, удовлетворяющими условиям 1,74<n<1,75, 50<ν<51, а отрицательной линзы третьего компонента из оптического материала с показателем преломления и коэффициентом дисперсии, удовлетворяющими условиям 1,74<n<1,76, 27<ν<29 позволило исправить вторичный спектр и хроматизм увеличения, повысив тем самым коэффициенты передачи модуляции по всему полю зрения.
-1
Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне: λ=(500…900) нм, имеет фокусное расстояние 9 мм, относительное отверстие 1:3. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=60 мм в точке на оси (y'=0) не менее 0,5, на краю поля зрения 2W=40° не менее 0,12.
На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
e
e
На фиг.2 приведены конструктивные параметра 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 - коэффициент дисперсии для линии е.
На фиг.3 приведен графики поперечной сферической аберрации объектива.
На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=40°.
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=40°.
Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже
Таблица
λ, мкм
500
600
700
800
900
С
0,125
1
0,8
0,45
0,13
e
е
e
e
Объектив (фиг.1) состоит из четырех компонентов. Первый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 1, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент выполнен в виде положительного мениска 2, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Третий компонент выполнен в виде положительного мениска, склеенного из двояковогнутой линзы 3 и двояковыпуклой линзы 4. Четвертый компонент выполнен в виде положительного мениска 5, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Апертурная диафрагма расположена между вторым и третьим компонентами на расстоянии 5,2 мм от вогнутой поверхности второго компонента. Расстояние между вторым, и третьим компонентами 6,1 мм, что составляет 0,67 фокусного расстояния объектива. Положительные линзы 2, 4, 5 выполнены из стекла марки СТК19, имеющего показатель преломления n=1,7475, ν=50,21. Отрицательные линза 3 выполнена из стекла марки ТФ4, имеющего показатель преломления n=1,7462, ν=27,95.
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.5 и 6, подтверждают, что объектив имеет более высокое качество изображения по всему полю зрения по сравнению с прототипом.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=40° попадает на первую поверхность первого компонента объектива, и, преломившись через поверхности пяти линз фокусируется в плоскости изображения, где расположен приемник.
Источники информации
1. Патент RU №2073263 С1, публикация 1997 г, МПК G02B 13/02.
2. Патент RU №2178194 С1, публикация 2002 г, МПК G02B 13/14 - прототип.