Широкоугольный объектив типа рыбий глаз

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее, к объективам, работающими с ПЗС - приемниками и может быть использована для получения информации от внешних объектов. Широкоугольный объектив типа рыбий глаз, содержащий семь компонентов, первый и второй компоненты - отрицательные, причем первый компонент - плосковогнутая линза, второй компонент выполнен в виде мениска, третий, четвертый и шестой компоненты положительные, при этом седьмой компонент выполнен в виде мениска, апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами, второй компонент обращен вогнутостью к пространству изображения, первая поверхность второго компонента представляет собой асферику высшего порядка, форма поверхности описывается уравнением:

,

где z - стрелка поверхности, рассчитываемая вдоль оптической оси объектива; h -текущая координата, измеряемая по оси перпендикулярной оптической оси объектива выражает высоту падения луча на поверхность; c=1/r - кривизна поверхности при ее вершине; r - радиус кривизны при вершине; k - коэффициент эксцентриситета; _i - коэффициенты полинома, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству предмета, четвертый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, пятый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, шестой компонент - двояковыпуклая линза, седьмой компонент обращен вогнутостью к пространству объекта, первый, четвертый и шестой компоненты объектива выполнены из оптического пластика с показателем преломления n_d1.5 и дисперсией v_d50 второй, третий, пятый и седьмой компоненты выполнены из оптического пластика с показателем преломления n_d1.58 и дисперсией v_d30.

2 илл.

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее, к объективам, работающими с ПЗС - приемниками и может быть использована для получения информации от внешних объектов.

Известен широкоугольный объектив по патенту США, N 7,239,456 В2, МПК G02B 13/04, опубл. 06.10.2005, который содержит 10 компонентов. Объектив аналог имеет угловое поле 100 угловых градусов и относительное отверстие 1:2.8. Недостаток известного объектива - малое угловое поле и неудовлетворительное качество изображения.

Наиболее близким по техническому решению является широкоугольный объектив типа рыбий глаз патент РФ 101211, МПК G02B 9/00 (2006/01),опубл. 10.01 2011. Бюл. 1 со следующими техническими характеристиками: фокусное расстояние 3.83 мм, относительное отверстие 1:2.5, угловое поле 2w=160 угловых градусов, толщина пластинки, выполненной из стекла К8, составляет 0.63 мм. Этот объектив выбран авторами за прототип. Широкоугольный объектив типа рыбий глаз, содержащий семь компонентов, первый и второй компоненты - отрицательные, причем второй компонент выполнен в форме мениска, а остальные - положительные, при этом пятый компонент склеен из положительной и отрицательной линз, причем первый компонент - плосковогнутая линза, выполненная из сверхтяжелого крона, второй компонент обращен вогнутостью к объекту, третий, четвертый, шестой и седьмой компоненты - одиночные линзы, положительная линза пятого компонента выполнена двояковыпуклой, а отрицательная - двояковогнутой, при этом апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами, после седьмого компонента установлен биасферический отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, обе поверхности мениска представляют собой асферики высшего порядка, форма поверхностей которых описывается уравнением:

,

где z - стрелка поверхности, рассчитываемая вдоль оптической оси объектива; h - текущая координата, измеряемая по оси перпендикулярной оптической оси объектива выражает высоту падения луча на поверхность; с=1/r - кривизна поверхности при ее вершине; r - радиус кривизны при вершине; k - коэффициент эксцентриситета; _i - коэффициенты полинома. К недостаткам прототипа относится большой вес.

Задачей полезной модели является уменьшение веса объектива с одновременным повышением качества изображения. Решение указанной задачи достигается тем, что в широкоугольном объективе типа рыбий глаз, содержащем семь компонентов, первый и второй компоненты - отрицательные, причем первый компонент - плосковогнутая линза, второй компонент выполнен в виде мениска, третий, четвертый и шестой компоненты положительные, при этом седьмой компонент выполнен в виде мениска, апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами, второй компонент обращен вогнутостью к пространству изображения, первая поверхность второго компонента представляет собой асферику высшего порядка, форма поверхности описывается уравнением:

,

где z - стрелка поверхности, рассчитываемая вдоль оптической оси объектива; h - текущая координата, измеряемая по оси перпендикулярной оптической оси объектива выражает высоту падения луча на поверхность; c=1/r - кривизна поверхности при ее вершине; r - радиус кривизны при вершине; k - коэффициент эксцентриситета; _i - коэффициенты полинома, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству предмета, четвертый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, пятый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, шестой компонент - двояковыпуклая линза, седьмой компонент обращен вогнутостью к пространству объекта, первый, четвертый и шестой компоненты объектива выполнены из оптического пластика с показателем преломления n_d1.5 и дисперсией n_d50 второй, третий, пятый и седьмой компоненты выполнены из оптического пластика с показателем преломления n_d1.58 и дисперсией v_d30.

Выполнение первого компонента в виде плосковогнутой линзы, изготовленной из оптического пластика с показателем преломления n_d1,5 и дисперсией v_d50, второго компонента в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, и третьего компонента в виде мениска, обращенного вогнутостью к объекту, позволяет корригировать кривизну поверхности изображения и кому высшего порядка, а также хроматические аберрации. Четвертый и шестой компоненты - одиночные положительные линзы, пятый и седьмой компоненты - одиночные отрицательные мениски, именно такое выполнение компонентов позволяет исправлять кривизну поверхности изображения, сферическую аберрацию, хроматические аберрации и кривизну поля, а также аберрации высшего порядка в широких наклонных пучках. Расположение апертурной диафрагмы между третьим и четвертым компонентами позволяет улучшить коррекцию аберраций в зрачках, которые сильно влияют на качество изображения при больших углах, характерных для объективов типа рыбий глаз. Плоскопараллельная пластинка, установленная в плоскости изображения, должна учитываться при коррекции аберраций, поскольку она расположена в сходящемся пучке лучей. Пластинка является элементом приемника изображения - ПЗС-матрицы и обеспечивает ее функционирование

Указанная совокупность обеспечивает необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать объектив с уменьшенным весом, повышенной информативностью с одновременным улучшением 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 типа рыбий глаз, с улучшенным качеством изображения, одновременно обладающим малым весом.

Сущность изобретения поясняется чертежами: где

на фиг.1 представлена оптическая схема широкоугольного объектива типа рыбий глаз;

на фиг.2 представлены графики частотно-контрастных характеристик объектива по предлагаемому изобретению.

Широкоугольный объектив типа рыбий глаз, содержит последовательно расположенные по ходу луча семь компонентов и апертурную диафрагму 4 (АД), расположенную между третьим и четвертым компонентами, первый компонент 1 - плосковогнутая линза, обращенная вогнутостью к изображению, второй 2 - мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, первая поверхность которого представляет собой асферику высшего порядка, третий компонент 3 - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, четвертый компонент 5 - одиночная двояковыпуклая линза, пятый компонент 6 - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, шестой компонент 7 - двояковыпуклая линза, седьмой компонент 8 - одиночный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, плоскопараллельная пластинка 9 - обеспечивает защиту светочувствительного слоя ПЗС матрицы, (на чертежах не показана).

Объектив работает следующим образом: световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива 1-9, после которых образуется изображение в фокальной плоскости 10 объектива. Изображение затем совмещается со светочувствительным слоем ПЗС-матрицы (на чертежах не показана).

Примером конкретной реализации предлагаемого изобретения является широкоугольный объектив типа рыбий глаз, имеющий фокусное расстояние 2.45 мм, относительное отверстие 1:2.5 и угловое поле 2w=160°, полное линейное поле в пространстве изображений - 4.8 мм, толщина пластинки, выполненной из стекла К8, составляет 0.63 мм.

Конструктивные параметры объектива представлены в таблице 1, коэффициенты асферической поверхности мениска 2 представлены в таблице 2, а технические характеристики объектива в целом даны в таблице 3.

Таблица 1.
Конструктивные параметры объектива.
N поверхности	Радиусы, мм	Толщины, мм	Марки стекол	Световые высоты, мм
Объект		бесконечность	Воздух
1	плоский	2	E48R	12.93
2	7.878	7.524	-	7.23
3	6.089	3.174	Polycarb	5.05
4	3.827	3.181	-	3.3
5	-155.191	3.172	Polycarb	3
6	-9.481	3.619	-	2.69
7-диафрагма	плоский	0	-	1.02
8	2.691	1	E48R	1.15
9	-2.052	0	-	1.19
10	-2.055	0.72	Polycarb	1.18
11	-28.6	0.87	-	1.32
12	4.086	0.68	E48R	1.52
13	-20.51	0.67	-	1.51
14	-2.145	0.5	Polycarb	1.5
15	-36.031	0.3	-	1.8

18	плоский	0.63	К8	1.95
19	Плоский	0.63		2.12
Изображение				2.68
Примечание: - материал - Zeon E48R - материал - Zeon Polycarb
Таблица 2
коэффициенты асферической
	Поверхность 3
h	0-5.05
r	6.089
k	-0.1978602
1	0
2	-0.00036538182
3	1.5639206e-005
4	-1.4058048e-006
5	3.1340272e-008
6	1.8862848е-010
7	-1.8371276е-011
8	2.8240667е-013
Таблица 3.
Технические характеристики объектива.
N	Название характеристики	Значение
1	Фокусное расстояние, мм	2.447
2	Угловое поле, угл. град.	160
3	Относительное отверстие	1:2.5
4	Задний фокальный отрезок, мм	1.35
5	Общая длина, мм	28.7

Техническим преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом является улучшение качества изображения (улучшение качества изображения по критерию ЧКХ при частоте 50 лин/мм на 0.1 ед. контраста для крайней точки поля) при одновременном уменьшении веса объектива на 2,3 г.

Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемой полезной модели повышает его информативность, что позволяет использовать его как широкоугольный объектив типа рыбий глаз, обладающий качеством изображения, близким к дифракционному. Дополнительным преимуществом предлагаемой полезной модели является то, что выполнение компонентов объектива из оптического пластика позволяет изготавливать объектив в массовом производстве.

Широкоугольный объектив типа рыбий глаз, содержащий семь компонентов, первый и второй компоненты - отрицательные, причем первый компонент - плосковогнутая линза, второй компонент выполнен в виде мениска, третий, четвертый и шестой компоненты положительные, при этом седьмой компонент выполнен в виде мениска, апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами, отличающийся тем, что второй компонент обращен вогнутостью к пространству изображения, первая поверхность второго компонента представляет собой асферику высшего порядка, форма поверхности описывается уравнением:

где z - стрелка поверхности, рассчитываемая вдоль оптической оси объектива; h - текущая координата, измеряемая по оси, перпендикулярной оптической оси объектива выражает высоту падения луча на поверхность; c=1/r - кривизна поверхности при ее вершине; r - радиус кривизны при вершине; k - коэффициент эксцентриситета; _i - коэффициенты полинома, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству предмета, четвертый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, пятый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, шестой компонент - двояковыпуклая линза, седьмой компонент обращен вогнутостью к пространству объекта, первый, четвертый и шестой компоненты объектива выполнены из оптического пластика с показателем преломления n_d1,5 и дисперсией v_d50, второй, третий, пятый и седьмой компоненты выполнены из оптического пластика с показателем преломления n_d1,58 и дисперсией v_d30.