Широкоугольный объектив

Широкоугольный объектив

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве приемного объектива оптических приборов, работающих с фотоприемными устройствами, например, с ПЗС-матрицами.

Известна оптическая система широкоугольного фотографического и кинематографического объектива [патент США №3045547, НКИ 350-462, публ. 1962 г.]. Однако данный объектив имеет сложную конструкцию и недостаточное угловое поле в пространстве предметов 2W=60 град.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является широкоугольный асимметричный фотографический объектив [патент США №3038380, НКИ 350-469, публ. 1962 г.], состоящий из четырех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - менискообразный отрицательный компонент, обращенный вогнутостью к диафрагме, состоящий из двух линз, положительной и отрицательной, склеенных вместе, второй компонент расположен перед диафрагмой - одиночная положительная линза, третий компонент расположен за диафрагмой - по форме мениск и обращен вогнутой стороной к диафрагме, состоит из трех линз, склеенных вместе, причем средняя линза - отрицательная и две внешние - положительные, причем показатель преломления отрицательной линзы больше среднего арифметического показателя преломления двух внешних положительных линз, а коэффициент дисперсии отрицательной линзы меньше среднего арифметического коэффициента дисперсии двух внешних положительных линз и четвертый компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к диафрагме.

Положительная линза в первом компоненте выполнена двояковыпуклой, а отрицательная - двояковогнутой, второй компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, отрицательная линза третьего компонента выполнена двояковогнутой, а расположенная за ней линза того же компонента выполнена двояковогнутой, а первая по ходу лучей положительная линза третьего компонента выполнена в виде мениска. Показатель преломления четвертого компонента равен 1,69067 для линии спектра d, и, кроме того, в объективе имеют место равенства:

n₁=1,62041;

n₂=1,50137;

n₅=1,72339;

n₆=1,66672,

где: n₁, n₂ - показатели преломления материала первой и второй линз первого компонента для линии d;

n₅, n₆ - показатели преломления материалов двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента для линии d;

Данный объектив имеет недостаточное относительное отверстие 1:4 и недостаточное угловое поле в пространстве предметов 2W=64 град.

Задачей заявляемого изобретения является создание широкоугольного объектива с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - увеличение относительного отверстия и углового поля в пространстве предметов при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в широкоугольном объективе, состоящем из четырех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - состоит из двух линз, положительной и отрицательной, второй компонент - одиночная положительная линза, третий компонент - по форме мениск, обращенный вогнутой стороной к предмету, включающий в себя двояковогнутую линзу и расположенную за ней двояковыпуклую линзу, склеенные вместе, четвертый компонент содержит одиночный мениск, в отличие от известного, положительная линза в первом компоненте выполнена плосковыпуклой, обращенной плоскостью к предмету, а отрицательная - плосковогнутой, обращенной плоскостью к предмету, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, третий компонент состоит всего из двух линз, четвертый компонент включает в себя двояковыпуклую одиночную линзу, расположенную за третьим компонентом перед одиночным мениском, одиночный мениск четвертого компонента - отрицательный и обращен вогнутостью к изображению, и, кроме того, в объективе имеют место соотношения:

1,63<n₁=n₂<1,68;

1,73<n₅<2,1;

1,57<n₆<1,64;

1,6<n₈<1,675,

где: n₁, n₂ - показатели преломления материала первой и второй линз первого компонента для линии d;

n₅, n₆ - показатели преломления материалов двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента для линии d;

n₈ - показатель преломления мениска четвертого компонента для линии d.

Кроме того, между вторым и третьим компонентами может находиться плоскопараллельная пластина или светофильтр.

На фигуре изображена оптическая схема широкоугольного объектива.

Широкоугольный объектив состоит по ходу лучей из плосковыпуклой линзы 1, обращенной плоскостью к предмету, плосковогнутой линзы 2, обращенной плоскостью к предмету, двояковыпуклой линзы 3, плоскопараллельной пластины или светофильтра 4, двояковогнутой линзы 5, склеенной с двояковыпуклой линзой 6, одиночной двояковыпуклой линзы 7, одиночного отрицательного мениска 8, обращенного вогнутостью к изображению, и плоскопараллельной пластины 9. Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 0,14 мм перед линзой 5.

Широкоугольный объектив работает следующим образом:

Световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в бесконечности, проходит через широкоугольный объектив и изображается в плоскости наилучшей установки, в которой находится фотоприемное устройство, например, ПЗС-матрица (не показано).

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан широкоугольный объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 435 нм до 660 нм с конструктивными данными, представленными в табл.1.

Рассчитанный широкоугольный объектив имеет следующие характеристики:

Фокусное расстояние объектива f'	5,41 мм
Относительное отверстие	1:3,5
Угловое поле в пространстве предметов	70 град.
Задний фокальный отрезок	0,038 мм

В предлагаемом изобретении имеют место равенства:

n₁=n₂=1,656914;

n₅=1,755234;

n₆=1,613091;

n₈=1,656914,

где: n₁, n₂ - показатели преломления материала первой и второй линз первого компонента для линии d;

n₅, n₆ - показатели преломления материалов двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента для линии d;

n₈ - показатель преломления одиночного мениска четвертого компонента для линии d.

В табл.2 приведены аберрации для λ=0,54607 мкм для предлагаемого широкоугольного объектива по варианту конкретного исполнения.

Предложенный широкоугольный объектив отличается высоким качеством изображения, что следует из табл.2.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан широкоугольный объектив с повышенным относительным отверстием 1:3,5; повышенным угловым полем в пространстве предметов 2W=70 град. и высоким качеством изображения.

Таблица 1
Радиусы, мм	Толщины, мм	Марка стекла	Показатель преломления nd	Коэфф. дисперсии, νd	Световой диаметр, мм
1	2	3	4	5	6
R1=∞					21,4
	d1=2,5	ТК21	1,656914	51,12
R2=-78,169					19,7
	d2=0,2		1
R3=∞					18,2
	d3=2,35	ТК21	1,656914	51,12
R4=11,86					14,1
	d4=14,8		1
R5=10,67					7,2
	d5=2,4	ТФ5	1,755234	27,53
R6=42,072					6,2
	d6=1,75		1
R7=∞					3,5
	d7=1	К8	1,516373	64,07
R8=∞					2,8
	d8=0,82		1
R9=-6,223					2
	d9=1	ТФ5	1,755234	27,53
R10=4,055					2,2
	d10=4,3	ТК14	1,613091	60,58
R11=-6,024					4,7
	d11=0,1		1
R12=12,618					5,3
	d12=2,2	ТК14	1,613091	60,58

1	2	3	4	5	6
R13=-16,179					5,6
	d13=0,2		1
R14=5,035					5,9
	d14=1,6	ТК21	1,656914	51,12
R15=3,698					5,1
	d15=4,85		1
R16=∞					7,1
	d16=0,5	К8	1,516373	64,07
Rl7=∞					7,3
			1

Таблица 2
Вид аберрации	Предложенный широкоугольный объектив (не более)
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:3,5	-0,013 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=70 град.	-0,01 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=70 град.	-0,011 мм
Меридиональный астигматический отрезок Хм для поля зрения 2W=70 град.	-0,073 мм
Сагиттальный астигматический отрезок Xs для поля зрения 2W=70 град.	-0,03 мм
Дисторсия для поля зрения 2W=70 град.	-2,9%

1. Широкоугольный объектив, состоящий из четырех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей состоит из двух линз, положительной и отрицательной, второй компонент - одиночная положительная линза, третий компонент - по форме мениск, обращенный вогнутой стороной к предмету, включающий в себя двояковогнутую линзу и расположенную за ней двояковыпуклую линзу, склеенные вместе, четвертый компонент содержит одиночный мениск, отличающийся тем, что положительная линза в первом компоненте выполнена плосковыпуклой, обращенной плоскостью к предмету, а отрицательная - плосковогнутой, обращенной плоскостью к предмету, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, третий компонент состоит всего из двух линз, четвертый компонент включает в себя двояковыпуклую одиночную линзу, расположенную за третьим компонентом, и одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, кроме того, в объективе имеют место соотношения:1,63<n₁=n₂<1,68;1,73<n₅<2,1;1,57<n₆<1,64;1,6<n₈<1,675,где n₁, n₂ - показатели преломления материала первой и второй линз первого компонента для линии d;n₅, n₆ - показатели преломления материалов двояковогнутой и двояковыпуклой линз третьего компонента для линии d;n₈ - показатель преломления мениска четвертого компонента.

2. Широкоугольный объектив по п.1, отличающийся тем, что между вторым и третьим компонентами находится плоскопараллельная пластина или светофильтр.