ПЛАСТМАССОВО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ АПОХРОМАТ
PLASTIC APOCHROMATIC LENS

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться как объектив цифровых фотоаппаратов мобильных телефонов или массовых видеокамер наблюдения, работающих в режиме «день-ночь», т.е. в спектральном интервале, охватывающем видимый и ближний ИК-диапазоны.
В ряде патентов, например SU 1151905 (А1) (СССР, опубл. 23.04.1985), RU 2244330 (С2) (Российская Федерация, опубл. 10.01.2005), с целью коррекции хроматических аберраций и улучшения качества изображения на одну из поверхностей объектива нанесен голограммный оптический элемент, однако его параметры и взаимосвязи с параметрами других элементов объектива неприемлемы для случая объективов данного класса.
Известны пятикомпонентные объективы, описанные, например, в патентах JP 2000193884 (А) (Япония, опубл. 14.07.2000), JP 2001100092 (А) (Япония, опубл. 13.04.2001), US 2006024038 (А1) (США, опубл. 2.02.2006). К недостаткам указанных объективов можно отнести узкий спектральный диапазон, небольшое относительное отверстие, довольно большую длину и неудовлетворительное качество изображения.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является объектив по патенту US 2006056068 (А1) (США, опубл. 16.03.2006), принятый авторами за прототип.
F
C
-1
Данный пятикомпонентный объектив, работающий в видимом спектральном диапазоне (от λ=0,486 мкм до λ=0, 656 мкм), все элементы которого выполнены из пластика и имеют асферические поверхности, при относительном отверстии 1:2.8, фокусном расстоянии f'=5,98 мм и угловом поле в пространстве предметов 2ω=55,99° обеспечивает разрешение 100 мм при контрасте T≥0,4. Общая длина системы (от первого компонента до плоскости изображения) составляет l=8,0 мм.
min
max
Задачей изобретения является создание объектива, работающего в расширенном спектральном диапазоне от λ=0,4 мкм до λ=0,9 мкм и формирующего высококачественное изображение по всему полю, с увеличенным относительным отверстием до 1:2,4, угловым полем в пространстве предметов до 2ω=60° и уменьшенной общей длиной системы до l≤5 мм.
Для решения поставленной задачи предложен пластмассово-линзовый объектив апохромат, содержащий пять компонентов (Фиг.1), первый из них выполнен в виде двояковыпуклой линзы, обращенной меньшей выпуклостью к предмету, второй компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к предмету, на которую нанесен голограммный оптический элемент оптической силы 0,005-0,015 оптической силы объектива, и двояковыпуклой линзы, обращенной большей выпуклостью к предмету, третий и четвертый положительные компоненты представляют собой асферические мениски, обращенные выпуклостями к предмету, пятым компонентом является плоскопараллельная пластинка.
Первый, третий и четвертый компоненты объектива выполнены из полиметилметакрилата, отрицательный мениск второго компонента выполнен из поликарбоната, а двояковыпуклая линза из полиметилметакрилата.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что существенное улучшение качества изображения достигается путем замены второго компонента прототипа, выполненного в виде двояковогнутой линзы, на компонент, состоящий из отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к предмету, на которую нанесен голограммный оптический элемент, и двояковыпуклой линзы, обращенной большей выпуклостью к предмету. Данный компонент так же, как и компонент прототипа, имеет отрицательную оптическую силу. При этом характеристическое уравнение голограммного элемента имеет вид
i
1
2
3
6
где A - коэффициенты; r - высота на поверхности голограммного оптического элемента, причем коэффициент А пропорционален оптической силе голограммного оптического элемента, а коэффициенты А, А, …, А пропорциональны соответствующим коэффициентам сферической аберрации компонентов объектива.
Таким образом, в заявляемом пластмассово-линзовом объективе апохромате достигнут поставленный ранее технический результат - получено комплексное исправление монохроматических и хроматических аберраций осевого и внеосевого пучков, что приводит к существенному повышению качества изображения по всему полю.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- Фиг 1. Принципиальная оптическая схема пластмассово-линзового объектива
- Фиг 2. Продольный хроматизм
- Фиг 3. Дисторсия
- Фиг 4. Полихроматическая частотно-контрастная характеристика объектива
А также таблицами 1-2, в которых представлены конструктивные параметры примера конкретного исполнения. Данные таблицы представлены в формате программы оптического моделирования ZEMAX.
В качестве примера конкретного исполнения предлагается пластмассово-линзовый объектив апохромат с задним фокусным расстоянием f≈3,7 мм; относительным отверстием 1:2,4; угловым полем в пространстве предметов 2ω=60°.
Технические характеристики:
Фокусное расстояние f≈3,7 мм.
Относительное отверстие 1:2,4.
Угловое поле в пространстве предметов 2ω=60°.
Задний фокальный отрезок .
Общая длина системы l=4,84 мм.
Работает объектив следующим образом: световые пучки, исходящие от предмета, расположенного на бесконечности, последовательно проходят компоненты 1-5 оптической системы и формируют изображение в плоскости наилучшей установки, совпадающей с плоскостью параксиального изображения.
-1
min
max
Полученный дисторсирующий план-апохромат при относительном отверстии 1:2,4 обеспечивает разрешение 115 мм при контрасте не ниже 0,5 в пределах полевого угла 2ω≤60°. Остаточный хроматизм положения в диапазоне от λ=0,4 мкм до λ=0,9 мкм не превышает 5,2 мкм, а модуль дисторсии - меньше 1%.