Патент на изобретение №2313812

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2313812 (13) C2
(51) МПК

G02B9/34 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 18.11.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2006106346/28, 28.02.2006

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

28.02.2006

(46) Опубликовано: 27.12.2007

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2133488 C1, 20.07.1999. RU 2213988 C2, 10.10.2003. RU 2225628 C2, 10.03.2004. US 2004240080 A1, 02.12.2004.

Адрес для переписки:

197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49, СПбГУИТМО (ОИС и НТИ)

(72) Автор(ы):

Баландин Андрей Владимирович (RU),
Васильев Владимир Николаевич (RU),
Бронштейн Игорь Григорьевич (RU),
Лившиц Ирина Леонидовна (RU)

(73) Патентообладатель(и):

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ и ОПТИКИ (RU),
ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО “КБ ЮПИТЕР” (RU)

(54) ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ

(57) Реферат:

Объектив может быть использован для работы с ПЗС-приемниками. Объектив с вынесенным входным зрачком содержит четыре компонента, первый из которых – отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй и третий – положительные, а четвертый компонент – двояковогнутая линза. Второй компонент выполнен склеенным из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов. Первый компонент выполнен с отношением его толщины к световому диаметру, не превышающим 0,2. Между третьим и четвертым компонентами установлена плоскопараллельная пластинка. Технический результат – повышение информативности, получение большого линейного поля в пространстве изображений и качества изображения, близкого к дифракционному пределу разрешения. 2 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к объективам, работающим с ПЗС-приемниками, и может быть использовано для получения информации от внешних объектов.

Известен светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по патенту России N 2024038, МПК G02B 9/12, Б.И.П.М. 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 – малый вынос входного зрачка и неудовлетворительное качество изображения.

Наиболее близким по техническому решению является широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком по патенту России N 2133488, МПК G02B 9/12, Б.И.П.М. №20, 1999, который выбран авторами за прототип.

Объектив-прототип содержит четыре компонента: первый компонент – отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй компонент – положительный, третий компонент – положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, причем второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, а между вторым и третьим компонентами установлен положительный склеенный компонент, который может быть склеенным из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы либо склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска.

К недостаткам прототипа относятся малый вынос входного зрачка, малое линейное поле в пространстве изображений и неудовлетворительное качество изображения.

Задачей изобретения является создание объектива с повышенной информативностью за счет увеличения выноса входного зрачка и линейного поля в пространстве изображений с одновременным улучшением качества изображения за счет конструктивного выполнения его оптической схемы.

Решение указанной задачи достигается тем, что в широкоугольным объективе с вынесенным входным зрачком, содержащем четыре компонента, первый из которых – отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй и третий – положительные, третий компонент склеен из двух линз, а четвертый – одиночная линза, при этом первый компонент выполнен с отношением его толщины к световому диаметру, не превышающим 0,2, второй компонент выполнен склеенным из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, а четвертый компонент – двояковогнутая линза, причем между третьим и четвертым компонентами установлена плоскопараллельная пластинка.

Выполнение первого компонента – отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, с отношением его толщины к световому диаметру, не превышающим 0,2, позволяет обеспечить увеличение выноса входного зрачка объектива, а также увеличить линейное поле изображения и минимизировать влияние аберраций высшего порядка, возникающих при увеличении поля изображения. Отношение толщины первого компонента к его световому диаметру получено расчетным путем и является оптимальным для решения задачи изобретения, при большем значении не выполняются конструктивные требования к объективу и не достигается необходимое качество изображения.

Выполнение второго компонента (в совокупности с ранее указанным признаком), склеенным из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, также ведет к увеличению выноса входного зрачка объектива, линейного поля изображения и минимизации аберраций высшего порядка, возникающих при увеличении поля изображения, в данном случае минимизируются астигмохроматические аберрации и кома высшего порядка в широком наклонном пучке.

Форма выполнения четвертого компонента в виде двояковогнутой линзы является в данном изобретении оптимальной для коррекции аберраций высшего порядка, возникающих при одновременном увеличении выноса входного зрачка и линейного поля в пространстве изображений.

Установка между третьим и четвертым компонентами плоскопараллельной пластинки выполнена для того, чтобы обеспечить функционирование объектива по настоящему изобретению в составе ПЗС-камеры. Пластинка в этом случае выполняет роль фильтра, ее толщина обычно составляет 0,1 от ее диаметра. В известных объективах фильтр располагается в фокальной плоскости и в любом случае должен быть учтен при расчете качества изображения системы в целом. Расположение плоскопараллельной пластинки непосредственно между компонентами объектива способствует коррекции аберраций, в частности астигматизма и комы, возникающих при увеличении выноса входного зрачка объектива с одновременным увеличением его поля зрения в пространстве изображений.

Указанная совокупность позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать объектив с повышенной информативностью за счет увеличения выноса входного зрачка и линейного поля в пространстве изображений 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 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 широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком;

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

Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, совмещенный с апертурной диафрагмой 1, содержит последовательно расположенные по ходу луча четыре компонента, первый из которых – отрицательный мениск 2, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй 3 и третий 4 – положительные, причем третий компонент склеен из двух линз 5 и 6, а четвертый – одиночная линза 8, отличающийся тем, что первый компонент 2 выполнен с отношением его толщины к световому диаметру, не превышающим 0.2, второй компонент выполнен склеенным из положительного 3 и отрицательного 4 менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, а четвертый компонент 8 – двояковогнутая линза, причем между третьим (линзы 5, 6) и четвертым 8 компонентами установлена плоскопараллельная пластинка 7.

Объектив работает следующим образом. Световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива 1-8, после которых образуется изображение в фокальной плоскости объектива. Изображение затем совмещается со светочувствительным слоем ПЗС-матрицы (не показана).

Примером конкретной реализации предлагаемого изобретения является широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, имеющий фокусное расстояние 6 мм, относительное отверстие 1:5,9 и угловое поле 2w=90 угловых градусов, толщина пластинки, выполненной из стекла БК4, составляет 1 мм.

Конструктивные параметры объектива представлены в таблице 1, а его 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 1.8 Воздух 1.0
2 -6.223 0.7 ТФ10 3.9
3 -38.28 0.1 Воздух 5.0
4 -37.95 1.55 ТФ10 5.2
5 -3.32 0.7 СТК19 5.5
6 -4.365 0 Воздух 6.46
7 7.38 3.2 СТК19 9.0
8 -7.38 0.6 ТФ2 9.0
9 -55.85 0.21 воздух 8.42
10 Плоскость 1.0 БК4 8.02
11 Плоскость 1.0 воздух 7.7
12 -8.75 0.75 ТФ10 7.5
13 22.84 воздух 7.6
Изображение Плоскость воздух 8.5
Таблица 2
Технические характеристики объектива.
N Название характеристики Значение
1 Фокусное расстояние, мм 6,0
2 Угловое поле, угл. град 90
3 Относительное отверстие 1:5,9
4 Задний фокальный отрезок, мм 1,87
5 Общая длина, мм 11,33
6 Линейное поле, мм 8,5

Техническими преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются:

– увеличение относительной величины выноса входного зрачка в 2 раза,

– увеличение линейного поля в пространстве изображений в 1,4 раза,

– улучшение качества изображения по критерию ЧКХ при частоте 50 лин/мм в 2 раза, что практически соответствует значению дифракционного предела для объектива с указанными характеристиками.

Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемому изобретению повышает его информативность, что позволяет использовать его как широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком и с большим линейным полем в пространстве изображений, обладающий качеством изображения, близким к дифракционному пределу разрешения.

Формула изобретения

Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий четыре компонента, первый из которых – отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй и третий – положительные, причем третий компонент склеен из двух линз, а четвертый – одиночная линза, отличающийся тем, что первый компонент выполнен с отношением его толщины к световому диаметру, не превышающим 0,2, второй компонент выполнен склеенным из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, а четвертый компонент – двояковогнутая линза, причем между третьим и четвертым компонентами установлена плоскопараллельная пластинка.

РИСУНКИ

Categories: BD_2313000-2313999