Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком
Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее, к малогабаритным объективам, работающим с ПЗС-приемниками, и может быть использована для получения информации от внешних объектов. Задачей полезной модели является создание широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком повышенной информативности за счет увеличения углового поля и улучшения качества изображения, в том числе, уменьшение аберрации дисторсии, за счет конструктивного выполнения его оптической схемы. Решение указанной задачи достигается тем, что широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, включающий в себя три компонента, положительный компонент, склеенный из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к предмету, второй положительный компонент и двояковогнутую линзу, при этом второй положительный компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, причем толщина упомянутого положительного мениска составляет величину не менее 0.25 f', f' - фокусное расстояние объектива, показатели преломления материала отрицательного мениска первого компонента и двояковогнутой линзы составляют величину не менее 2.0, а коэффициенты дисперсии их материала - величину не более 17, при этом разница показателей преломления и коэффициентов дисперсии менисков положительного склеенного компонента составляет величины не менее 0.6 для показателя преломления и не менее 40 для коэффициента дисперсии. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее, к малогабаритным объективам, работающим с ПЗС-приемниками, и может быть использована для получения информации от внешних объектов.
Известен светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по патенту России N2024038, МПК G02B 9/12, Б.И. N22, 1994, который содержит три компонента, первый из которых отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету и склеенный из отрицательного и положительного менисков, второй компонент - положительный, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.
Недостаток известного объектива - малое угловое поле и неудовлетворительное качество изображения.
Наиболее близким по техническому решению является широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком по патенту России Патент N2313812, МПК G02B 9/12, Б.И. 
36 от 27.12.2007 г., который выбран авторами за прототип. Объектив-прототип включает в себя три компонента, положительный компонент, склеенный из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к предмету, второй положительный компонент и двояковогнутую линзу.
Недостаток известного объектива - малое угловое поле и неудовлетворительное качество изображения.
Задачей полезной модели является создание широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком с повышенной информативностью за счет увеличения углового поля и улучшения качества изображения, в том числе, уменьшение аберрации дисторсии, за счет конструктивного выполнения его оптической схемы.
Решение указанной задачи достигается тем, что широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, включающий в себя три компонента, положительный компонент, склеенный из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к предмету, второй положительный компонент и двояковогнутую линзу, при этом второй положительный компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, причем толщина упомянутого положительного мениска составляет величину не менее 0.25 f', f' - фокусное расстояние объектива, показатели преломления материала отрицательного мениска первого компонента и двояковогнутой линзы составляют величину не менее 2.0, а коэффициенты дисперсии их материала - величину не более 17, при этом разница показателей преломления и коэффициентов дисперсии менисков положительного склеенного компонента составляет величины не менее 0.6 для показателя преломления и не менее 40 для коэффициента дисперсии.
Кроме того, широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком по п.1, отличающийся тем, что между оптическими силами компонентов объектива выполняются следующие соотношения: 
,
где
1, 2, 3 - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов объектива.
Выполнение положительного мениска первого компонента с толщиной не менее 0.25 f', f' - фокусное расстояние объектива позволяет обеспечить оптимальную коррекцию кривизны поля при уменьшенной величине дисторсии.
Выполнение второго положительного компонента в виде одиночной двояковыпуклой линзы позволяет обеспечить коррекцию комы высшего порядка в широком наклонном пучке и астигматизма, возникающего при увеличении углового поля.
Минимизация хроматических аберраций высшего порядка, возникающих при увеличении поля изображения (в данном случае минимизируются астигмо-хроматические аберрации и хроматическая кома высшего порядка в широком наклонном пучке), достигается за счет того, что показатели преломления материала отрицательного мениска первого компонента и двояковогнутой линзы составляют величину не менее 2.0, а коэффициенты дисперсии их материала - величину не более 17, при этом разница показателей преломления и коэффициентов дисперсии менисков положительного склеенного компонента составляет величины не менее 0.6 для показателя преломления и не менее 40 для коэффициента дисперсии. Перечисленные величины определены экспериментальным путем.
Выполнение третьего компонента в виде оптического элемента с близкой к нулю оптической силой (афокального) является важным средством для исправления аберраций высшего порядка в объективе, в котором из-за малого количества компонентов аберрации высшего порядка большие и трудно поддающиеся коррекции.
Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком по п.1 имеет оптические компоненты, между оптическими силами которых выполняются следующие соотношения: 
, где 1, 2, 3 - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов объектива.
Такое соотношение оптических сил является дополнительным фактором, позволяющим оптимальным образом сбалансировать аберрации широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком.
Перед поверхностью изображения устанавливается плоскопараллельная пластинка, которая служит для того, чтобы обеспечить функционирование объектива - настоящей полезной модели, в составе ПЗС-камеры (ПЗС-матрица 1/3"). Толщина пластинки 0.8 мм учитывается при коррекции аберраций.
Указанная совокупность позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком с повышенной информативностью за счет уменьшения дисторсии и 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, обладающим уменьшенной дисторсией, одновременно обладающим улучшенным качеством изображения.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- на фиг.1 представлена оптическая схема широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком;
- на фиг.2 представлен график дисторсии для широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком;
- на фиг.3 представлены графики частотно-контрастных характеристик объектива по предлагаемой полезной модели. Графики даны для точки на оси и края углового поля 2
=140° в сагиттальном и меридиональном сечениях.
Широкоугольный объектив содержит последовательно расположенные по ходу луча три компонента, положительный компонент 1 - склеенный из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к предмету, положительный компонент 2 - одиночная двояковыпуклая линза, компонент 3 - двояковогнутая линза и плоскопараллельную пластинку 4.
Объектив работает следующим образом: световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива 1-4, после которых образуется изображение в фокальной плоскости объектива. Изображение затем совмещается со светочувствительным слоем ПЗС-матрицы (на чертежах не показана).
Примером конкретной реализации предлагаемой полезной модели является широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, имеющий фокусное расстояние 2.95 мм, относительное отверстие 1:4.9 и угловое поле 2w=145 угловых градусов, толщина пластинки, выполненной из стекла К8, составляет 0.8 мм.
Конструктивные параметры объектива представлены в таблице 1, а его технические характеристики - в таблице 2.
| Таблица 1.Конструктивные параметры объектива. | ||||
| N поверхности | Радиусы, мм | Толщины, мм | Марки стекол | Световые диаметры, мм |
| Объект |  | бесконечность | Воздух | |
| 1 - диафрагма | плоскость | 0.11 | Воздух | 0.6 |
| 2 | -4.099 | 0.785 | ЛК1 | 1.03 |
| 3 | -0.683 | 0.687 | СТФ3 | 1.4 |
| 4 | -1.278 | 0 | воздух | 2.5 |
| 5 | 5.172 | 1.617 | СТК19 | 4.32 |
| 6 | -6.137 | 1.026 | Воздух | 4.42 |
| 7 | -4.442 | 0.614 | СТФ3 | 4.1 |
| 8 | 38.043 | 0.9 | воздух | 4.6 |
| 9 | Плоскость | 0.8 | К8 | 5.6 |
| 10 | Плоскость | 0 | воздух | 6.18 |
| Изображение | Плоскость | | воздух | 6.1 |
| Таблица 2.Технические характеристики объектива. | ||||
| N | Название характеристики | Значение | ||
| 1 | Фокусное расстояние, мм | 2,95 | ||
| 2 | Угловое поле, угл. град. | 140 | ||
| 3 | Относительное отверстие | 1:4,9 | ||
| 4 | Задний фокальный отрезок, мм | 1.5 | ||
| 5 | Общая длина, мм | 5.8 |
Техническим преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются:
- увеличение углового поля в 1.55 раза;
- улучшение качества изображения по критерию ЧКХ при частоте 50 линий/мм в 1.5 раза;
- уменьшение дисторсии в 6 раз при сравнении на одинаковых угловых полях - 90 угловых градусов.
Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемой полезной модели повышает его информативность, что позволяет использовать его как широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, преимущественно в системах охраны и безопасности.
1. Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, включающий в себя три компонента, положительный компонент, склеенный из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к предмету, второй положительный компонент и двояковогнутую линзу, отличающийся тем, что второй положительный компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, причем толщина упомянутого положительного мениска составляет величину не менее 0,25 f', f' - фокусное расстояние объектива, показатели преломления материала отрицательного мениска первого компонента и двояковогнутой линзы составляют величину не менее 2,0, а коэффициенты дисперсии их материала - величину не более 17, при этом разница показателей преломления и коэффициентов дисперсии менисков положительного склеенного компонента составляет величины не менее 0,6 для показателя преломления и не менее 40 для коэффициента дисперсии.
2. Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком по п.1, отличающийся тем, что между оптическими силами компонентов объектива выполняются следующие соотношения:
,
где 1, 2, 3 - оптические силы соответственно первого, второго и третьего компонентов объектива.
