СВЕТОСИЛЬНЫЙ ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее, к малогабаритным объективам, работающим с ПЗС- приемниками и может быть использовано для получения информации от внешних объектов, например, в составе камеры мобильного телефона.
Известен малогабаритный широкоугольный объектив по патенту США N 6,961,191 В2, МПК G02B 9/14, публикация от 1 ноября 2005 г.Объектив имеет относительное отверстие 1:4.8, угловое поле - 57 угловых градусов при фокусном расстоянии 6 мм.
Недостаток объектива-аналога - недостаточное угловое поле, маленькое относительное отверстие и неудовлетворительное качество изображения.
Наиболее близким по техническому решению является светосильный широкоугольный объектив по патенту CLUAN 6,980,372 В1, МПК G02B 3/02, публикация от 27 декабря 2005, содержащий три компонента с асферическими поверхностями и апертурную диафрагму, первый компонент выполнен положительным, второй - отрицательным, а апертурная диафрагма расположена между первым и вторым компонентами. Этот объектив принят авторами за прототип.
Недостаток объектива-прототипа - неудовлетворительное качество изображения.
Задачей полезной модели является создание светосильного широкоугольного объектива с повышенной информативностью за счет улучшения качества изображения за счет конструктивного выполнения его оптической схемы.
Решение указанной задачи достигается тем, что в светосильном широкоугольном объективе, содержащем три компонента с асферическими поверхностями и апертурную диафрагму, первый компонент выполнен положительным, второй - отрицательным, апертурная диафрагма расположена между первым и вторым компонентами, третий компонент выполнен афокальным.
Кроме того, светосильный широкоугольный объектив по п.1, отличающийся тем, что второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к объекту.
Кроме того, светосильный широкоугольный объектив по п.1, отличающийся тем, что второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению.
Кроме того, светосильный широкоугольный объектив по п.1, отличающийся тем, что третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к объекту с толщиной по оси, не менее 0.2 от величины фокусного расстояния объектива.
Выполнение третьего компонента афокальным обеспечивает возможность достижения высокой степени аберрационной коррекции заявляемого объектива, в частности, происходит минимизация аберраций высшего порядка, возникающих при увеличении поля изображения, в данном случае минимизируются астигмо - хроматические аберрации и кома высшего порядка в широком наклонном пучке.
Перед поверхностью изображения устанавливается плоскопараллельная пластинка, которая служит для того, чтобы обеспечить функционирование объектива по предлагаемой полезной модели в составе ПЗС-камеры, например, мобильного телефона. Толщина пластинки 0.3 мм, она учитывается при коррекции аберраций.
Указанная совокупность позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать светосильный
широкоугольный объектив с повышенной информативностью за счет улучшения качества изображения за счет конструктивного выполнения его оптической схемы.
Совокупность всех признаков позволяет решить поставленную задачу, исключение любого из них ведет к невозможности реализации широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком, большим линейным полем в пространстве изображений, одновременно обладающим улучшенным качеством изображения. Сущность изобретения поясняется чертежами:
- на фиг.1 представлена оптическая схема светосильного широкоугольного объектива;
- на фиг.2 изображен график астигматических кривых, иллюстрирующих степень аберрационной коррекции кривизны изображения светосильного широкоугольного объектива по предлагаемой полезной модели.
- На фиг.3 дан график величины относительной дисторсии в зависимости от относительного значения углового поля для предлагаемой полезной модели.
- на фиг.4 представлены графики частотно-контрастных характеристик объектива по предлагаемой полезной модели.
Светосильный широкоугольный объектив, содержит последовательно расположенные по ходу луча три компонента: положительный 1, отрицательный 2, апертурную диафрагму 3, афокальный компонент 4, плоскопараллельную пластинку 5.
Объектив работает следующим образом: световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива 1-5, после которых образуется изображение в фокальной плоскости объектива 6. Изображение затем совмещается со светочувствительным слоем ПЗС-матрицы (на чертежах не показана).
Примером конкретной реализации предлагаемой полезной модели является светосильный широкоугольный объектив, имеющий фокусное расстояние 3,9 мм, относительное отверстие 1:2.8 и угловое поле 2w=64 угловых градусов, толщина пластинки, выполненной из стекла К8, составляет 0.3 мм (является элементом камеры ПЗС, но учитывается при расчете объектива). В нашем примере оптическая сила третьего компонента составляет величину Р=0.6Е-05.
Технические характеристики представлены в таблице 1. Конструктивные параметры объектива представлены в таблице 2 и 3.
Таблица 1. Технические характеристики объектива.
N
Название характеристики
Значение
1
Фокусное расстояние, мм
3.9
2
Угловое поле, угл.град.
64
3
Относительное отверстие
1:2.8
4
Задний фокальный отрезок, мм
0.3
5
Общая длина, мм
4.03
Таблица 2. Конструктивные параметры объектива.
N поверхности
Радиусы*,мм
Толщины,мм
Марки материала
Световые высоты, мм
Объект
бесконечность
Воздух
1
0.8821
0.594
Пластик*
2 апертурная диафрагма
2.08253
0.421
Воздух
3
-1.03703
0.684
Пластик**
4
-1.732
0.47
Воздух
5
50.000
0.84
Пластик*
6
50.000
0.728
Воздух
7
Плоскость
0.3
К8
8
Плоскость
0.3
воздух
Изображение
Плоскость
воздух
Примечание:
Материал - пластик* (типа крон) имеет показатель преломления - 1.52739, коэффициент дисперсии - 54.79.
Материал - пластик** (типа флинт) имеет показатель преломления -1.62465, коэффициент дисперсии - 21.33.
Тип асферических поверхностей по предлагаемой полезной модели описывается уравнением полинома 8-ой степени, а значения коэффициентов представлены в таблице 3. Z=G(1)R**2+G(3)R**4+G(6)R**6+G(10)R**8
Таблица3. Коэффициенты асферических поверхностей объектива.
N пов.
Коническая константа CC(G1)
Коэффициент G3
Коэффициент G6
Коэффициент G10
1
0.3203
-0.007721
-0.018342
-0.007685
2
0.9619
0.121532
0.169121
0.449176
3
2.3686
0.114032
-0.075835
1.321660
4
1.2512
0.080481
0.067685
0.021868
5
-1.188E+06
-0.022665
0.011056
-0.001499
6
0
-0.044873
-0.000709
0.000114
Техническим преимуществом предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом являются:
- улучшение качества изображения по критерию ЧКХ при частоте 200 лин/мм, в 4 раза для точки на оси и в 2 раза для максимального значения углового поля, что удовлетворяет требованиям камер современных мобильных телефонов, имеющих разрешение 3 Мега пиксела.
- Дополнительными преимуществами являются увеличение относительного отверстия с 1:3.4 (у прототипа) до 1:2.8 (у предлагаемой полезной модели) и увеличение углового поля на 6 угловых градусов.
Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемой полезной модели повышает его информативность, что позволяет использовать его как светосильный широкоугольный объектив, применяемый в камерах мобильных телефонов с разрешением 3 Мега пиксела, обладающий качеством изображения, близким к дифракционному пределу разрешения.