|
(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
|
|