Светосильный объектив с вынесенным входным зрачком

Полезная модель направлена на увеличение выноса входного зрачка, с одновременным улучшения качества изображения и расширением функциональных возможностей объектива. Указанный технический результат достигается тем, что светосильный объектив с вынесенным входным зрачком, содержит четыре компонента, первый компонент склеен из двух линз, первая линза - отрицательный мениск, а вторая линза - положительный мениск, оба мениска обращены вогнутостью к объекту, второй компонент положительный - одиночная двояковыпуклая линза, при этом третий компонент - положительный, склеен из двух линз положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой, а четвертый компонент - отрицательная двояковогнутая линза, при этом суммарная оптическая сила первого компонента является отрицательной. 1 з.п.ф., 3 илл.

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее, к малогабаритным объективам, работающим с ПЗС-приемниками и может быть использованf для получения информации от внешних объектов.

Известен светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по авторскому свидетельству СССР N 1432440, МПК G02B 9/64, Б.И. N 39, 23.10.88, который содержит четыре компонента, первый из которых двояковогнутая линза, второй компонент - положительный состоит из двух положительных менисков, обращенный вогнутостью к объекту, третий - склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенный вогнутостью к объекту, а четвертый - склеен из трех линз - двояковыпуклой, двояковогнутой и положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению.

Недостаток известного объектива - невысокое качество изображения.

Наиболее близким по техническому решению является светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по авторскому свидетельству СССР N1365018, МПК G02B 11/34, Б.И. N 1, 07.01.88, который выбран авторами за прототип.

Объектив-прототип включает в себя четыре компонента, положительный компонент, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент - положительный, состоящий из трех одиночных положительных линз, третий компонент склеен из положительной двояковогнутой и отрицательной линз, а четвертый -мениск, обращенный вогнутостью к объекту.

Недостаток известного объектива - малый вынос входного зрачка и невысокое качество изображения, которые ограничиваются , в основном, астигмо-хроматическими аберрациями.

Задачей полезной модели является создание светосильного объектива с вынесенным входным зрачком, который позволит увеличить вынос входного зрачка, с одновременным улучшением качества изображения и расширением функциональных возможностей объектива (работал только из бесконечности, а теперь еще и с конечного расстояния - т.е. стал репродукционным).

Решение указанной задачи достигается тем, что: светосильный объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий четыре компонента, первый компонент склеен из двух линз, второй и третий - положительные, при этом третий компонент склеен из положительной двояковыпуклой и отрицательных линз, а четвертый компонент - одиночная отрицательная линза, причем, первая линза первого склеенного компонента выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, а вторая линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, второй компонент - одиночная двояковыпуклая линза, отрицательная линза третьего компонента выполнена двояковогнутой, четвертый компонент - двояковогнутая линза, при этом суммарная оптическая сила первого компонента является отрицательной.

Выполнение первой линзы первого склеенного компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, а второй линзы - в виде положительного мениска, также обращенного вогнутостью к объекту, позволяют корригировать кому, астигматизм, как третьего, так и высших порядков, также в этом компоненте коррегируется сферическая аберрация высших порядков в широких наклонных пучках, которая быстро возрастает при увеличении относительного отверстия объектива и выноса входного зрачка с одновременной попыткой увеличить глубину резкости объектива, позволяющую использовать его в качестве репродукционного.

Кроме того, суммарная оптическая сила первого компонента является отрицательной, что является необходимым условием для коррекции хроматических аберраций, в том числе, аберраций высшего порядка (например, астигмо-хроматизма), а также кривизны изображения.

Второй компонент - одиночная двояковыпуклая линза - служит как элементом для развития относительного отверстия объектива, а также ее параметры позволяют коррегировать сферическую аберрацию и кому высших порядков.

Склеенный третий компонент выполняет роль корректора хроматических и монохроматических аберраций, как простейших, так и аберраций высших порядков, например, меридиональной комы в сагиттальном сечении, которая возрастает с ростом относительного отверстия объектива и очень трудно поддается коррекции. Положительная линза третьего компонента выполнена двояковыпуклой (как и у прототипа), а отрицательная линза третьего компонента - двояковогнутая, что обеспечивает возможность коррекции дисторсии и астигматических аберраций высшего порядка, при этом другие аберрации высшего порядка (сферическая, кома, хроматические аберрации) несущественны.

Четвертый компонент - двояковогнутая линза способствует коррекции комы высшего порядка, кривизны и астигматических аберраций, а также дисторсии.

Светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по п. 1, отличающийся тем, что между оптическими силами линз объектива выполняются следующие соотношения:

|₁|>|₂|;|₄+₅||₃|;|₂||₆|,

где

₁,₂,₃,₄,₅,₆ - оптические силы линз объектива.

Такое соотношение оптических сил является дополнительным фактором позволяющим оптимальным образом сбалансировать аберрации светосильного 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/_2.5). Толщина пластинки 1.0 мм учитывается при коррекции аберраций, поскольку установленная в сходящемся ходе лучей пластинка вносит в систему свои аберрации.

Указанная совокупность позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать светосильный объектив с большим выносом входного зрачка и с повышенной информативностью за счет улучшения качества изображения, за счет конструктивного выполнения его оптической схемы. Дополнительным достоинством предлагаемой полезной модели является расширение ее функциональных возможностей - предлагаемый объектив может работать с высоким качеством изображения как из бесконечности, так и с конечного расстояния, т.е. является одновременно и репродукционным объективом.

Совокупность всех признаков позволяет решить поставленную задачу, исключение любого из них ведет к невозможности реализации светосильного объектива с вынесенным входным зрачком, обладающим увеличенным выносом входного зрачка и одновременно обладающим улучшенным качеством изображения.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:

- на фиг.1 представлена оптическая схема светосильного объектива с вынесенным входным зрачком;

- на фиг.2 представлены астигматические кривые для светосильного

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=32° в сагиттальном и меридиональном сечениях.

Светосильный объектив, содержит последовательно расположенные по ходу луча четыре компонента: первый компонент, склеен из отрицательного 1 и положительного 2 менисков, обращенных вогнутостью к объекту, второй положительный компонент - двояковыпуклая линза 3, третий положительный компонент, содержащий двояковыпуклую 4 и двояковогнутую линзу 5, а также четвертый отрицательный компонент, представляющий собой двояковогнутую линзу 6. В плоскости изображения установлена плоскопараллельная пластинка 7.

Объектив работает следующим образом: световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива 1-7, 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 светосильный объектив с вынесенным входным зрачком, имеющий фокусное расстояние 12,82мм, относительное отверстие 1:2.0и угловое поле 2w=32 угловых градуса, толщина пластинки, выполненной из стекла К8, составляет 1.0 мм. В случае использования объектива в качестве репродукционного (с конечного расстояния), полный размер линейного поля в пространстве предметом равен 2у=1700 мм.

Технические характеристики объектива представлены в таблице 1, а его конструктивные параметры - в таблице 2.

Таблица 2.Конструктивные параметры объектива
N поверхности	Радиусы, мм	Толщины, мм	Марки стекол	Световые высоты, мм
Объект		бесконечность	Воздух
1-диафрагма	плоскость	6.00	Воздух	2.5
2	-6.57	2.03	Ф9	3.8
3	-14.38	4.31	ТК21	4.83
4	-9.98	0.4	воздух	6.03
5	35.13	5.36	СТК12	6.78
6	-41.54	2.74	Воздух	7.01
7	14.4	4.98	СТК12	6.89
8	-10.9	1.56	ТФ3	6.67
9	-76.79	6.76	Воздух	5.79
10	46.63	1.91	ТФ4	4.07
11	Плоскость	1.43	воздух	3.79
12	Плоскость	1.0	К8	3.47
Изображение	Плоскость		воздух	3.47

Техническим преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются:

- увеличение относительной величины выноса входного зрачка в 1.5 раза.

- улучшение качества изображения по критерию ЧКХ при частоте 50 линий/мм в 1.5 раза.

- Увеличение глубины резко изображаемого пространства от бесконечности до 2000 мм

Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемой полезной модели повышает его информативность, что позволяет использовать его как светосильный объектив с вынесенным входным зрачком, как при работе из бесконечности, так и в качестве репродукционного объектива при работе на конечном расстоянии. Объектив предполагается использовать в наблюдательных приборах, преимущественно в системах охраны и безопасности.

1. Светосильный объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий четыре компонента, первый компонент склеен из двух линз, второй и третий - положительные, при этом третий компонент склеен из положительной двояковыпуклой и отрицательной линз, а четвертый компонент - одиночная отрицательная линза, отличающийся тем, что первая линза первого компонента выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, а вторая линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, второй компонент - одиночная двояковыпуклая линза, отрицательная линза третьего компонента выполнена двояковогнутой, четвертый компонент - двояковогнутая линза, при этом суммарная оптическая сила первого компонента является отрицательной.

2. Светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по п.1, отличающийся тем, что между оптическими силами компонентов объектива выполняются следующие соотношения:

где ₁, ₂, ₃, ₄, ₅, ₆ - оптические силы соответственно первого, второго, третьего и четвертого компонентов объектива.