Светосильный объектив

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Иностранное частное производственное унитарное предприятие Белтекс Оптик компании Сайбир Оптикс(72) Автор Шишкин Игорь Петрович(73) Патентообладатель Иностранное частное производственное унитарное предприятие Белтекс Оптик компании Сайбир Оптикс(57) Светосильный объектив, содержащий последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента и апертурную диафрагму, первый из упомянутых компонентов выполнен в виде одиночной положительной линзы, а один из компонентов - в виде склейки из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, отличающийся тем, что одиночная положительная линза первого компонента выполнена плоско-выпуклой и обращена к пространству изображений плоской поверхностью, второй компонент выполнен в виде склейки из положительной несимметричной двояковыпуклой линзы, обращенной к первому компоненту поверхностью с меньшим радиусом кривизны, и отрицательной несимметричной двояковогнутой линзы, обращенной поверхностью с меньшим радиусом кривизны к пространству изображений, третий компонент выполнен в виде упомянутой склейки из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, причем последняя выполнена несимметричной и обращена к пространству изображений поверхностью с большим радиусом кривизны, четвертый компонент выполнен в виде несимметричной двояковогнутой линзы, обращенной к пространству изображений поверхностью с большим радиусом кривизны, причем апертурная диафрагма расположена на поверхности второго компонента и обращена к пространству изображений. 13743 1 2010.10.30 Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться в качестве объектива в цифровых наблюдательных приборах с формированием изображения на ПЗС-матрице, в том числе в современных приборах ночного видения, фото- и видеокамерах, проекционных приборах. Известен светосильный объектив, предназначенный для работы с приборами, в которых изображение формируется на ПЗС-матрице патент РФ 2181207, МПК 02 13/14,9/60, 2002, который включает расположенные последовательно на оптической оси четыре компонента, при этом первый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, второй - положительный мениск, третий - отрицательный мениск, четвертый склейка, включающая отрицательный мениск и симметричную двояковыпуклую линзу. Известный объектив предназначен для работы с приборами, в которых изображение формируется на ПЗС-матрице с размерами в диапазоне 1/3-1/2. К недостаткам этого объектива можно отнести низкое относительное отверстие (11,7) то, что в нем из пяти линз три выполнены в виде менисков, что делает стоимость объектива высокой. Известен также светосильный объектив по патенту РФ 2308063, МПК 02, 9/64,2007, в котором повышение качества изображения достигается за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции и уменьшения дисторсии объектива. Объектив включает 9 компонентов, в том числе 6 менисков, что определяет его высокую стоимость. Наиболее близким к заявляемому объективу по технической сущности (прототипом) является светосильный объектив по упомянутому выше патенту РФ 2181207. Задачей изобретения является повышение относительного отверстия с одновременным упрощением конструкции светосильного объектива и расширением типоразмеров ПЗС-матриц, в которых с помощью этого объектива может быть сформировано изображение высокого качества. Поставленная задача достигается тем, что в светосильном объективе, содержащем последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента, первый из которых выполнен в виде одиночной положительной линзы, еще один из компонентов выполнен в виде склейки, состоящей из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, обращенной к пространству изображения, одиночная положительная линза первого компонента выполнена плоско-выпуклой и обращена к пространству изображения плоской поверхностью, второй компонент выполнен в виде склейки из положительной несимметричной двояковыпуклой линзы, обращенной к первому компоненту поверхностью с меньшим радиусом кривизны, и отрицательной несимметричной двояковогнутой линзы, обращенной поверхностью с меньшим радиусом кривизны к пространству изображения, третий компонент выполнен в виде упомянутой склейки из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, причем последняя выполнена несимметричной и обращена к пространству изображения плоскостью с большим радиусом кривизны, а четвертый - в виде несимметричной двояковогнутой линзы, обращенной к пространству изображения плоскостью с большим радиусом кривизны, при этом апертурная диафрагма расположена на поверхности второго компонента, обращенной к пространству изображения. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого светосильного объектива на фиг. 2 приведен график частотно-контрастной характеристики объектива на фиг. 3 приведен график поперечной сферической аберрации на фиг. 4 приведен график продольной сферической аберрации широких наклонных пучков меридиональногои сагиттальногосечений в пределах угла поля зрения 210 13743 1 2010.10.30 на фиг. 5 приведен график относительной дисторсии. Светосильный объектив (фиг. 1) содержит последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента. Первый компонент выполнен в виде одиночной плосковыпуклой положительной линзы 1, которая обращена к пространству изображения плоской поверхностью. Второй компонент выполнен в виде склейки из положительной несимметричной двояковыпуклой линзы 2, обращенной к первому компоненту поверхностью с меньшим радиусом кривизны, и отрицательной несимметричной двояковогнутой линзы 3,обращенной поверхностью с меньшим радиусом кривизны к пространству изображения. Третий компонент выполнен в виде склейки из отрицательного мениска 4 и двояковыпуклой линзы 5, причем последняя выполнена несимметричной и обращена к пространству изображения плоскостью с большим радиусом кривизны. Четвертый компонент выполнен в виде несимметричной двояковогнутой линзы 6, обращенной к пространству изображения плоскостью с большим радиусом кривизны. В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан объектив для фокусного расстояния 50 мм и входной апертуры 50 мм, конструктивные параметры которого приведены в табл. 1. Таблица 1 Поверхность Тип Радиус Толщина Стекло Диаметр бескон. 8,8 Фокальные отрезки элементов линз для 587,6 нм даны в табл. 2. Таблица 2-24,764 В табл. 3, 4 приведены фокальные отрезки склеенных линз и фокальные отрезки объектива соответственно. Таблица 3 1-10 49,998 3,008 Предлагаемый объектив рассчитан для работы в видимом диапазоне длин волн 486,1587,6656,3 нм и имеет относительное отверстие 11. Угловое поле зрения объектива составляет 210. 3 13743 1 2010.10.30 На фиг. 2-5 кривые представлены для трех длин волн 486,1, 587,6 и 656,3 нм. Как видно из фиг. 2, полихроматический коэффициент передачи модуляции для пространственной частоты 50 мм-1 в точке на оси у 0 и для края поля зрения 210 составляет не менее 0,4, а для пространственной частоты 100 мм-1 - не менее 0,2, что позволяет получать на приемнике изображения объектов малого контраста. График частотно-контрастной характеристики объектива на фиг. 2, а также графики аберраций, приведенные на фиг. 3 и 4, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения (высокую разрешающую способность), что позволяет получить изображения объектов с малым контрастом. Графики относительной дисторсии, приведенные на фиг. 5, подтверждают уменьшение дисторсии по сравнению с прототипом. Таким образом, по отношению к прототипу светосильный объектив согласно данному изобретению имеет высокое относительное отверстие, простую конструкцию, обусловленную малым количеством компонентов и наличием всего одной линзы в форме менисков, и, как следствие, низкую стоимость. При этом объектив обладает высокой разрешающей способностью, что является существенным фактором при применении его с современными ПЗС-матрицами, минимальный размер пикселя которых 10 , имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения объектива, которое составляет 210. Этот угол является достаточным для того,чтобы использовать его с приемниками на основе стандартных ПЗС-матриц 1/4, 1/2, 3/4. Наиболее важной характеристикой предлагаемого объектива является высокое значение относительного отверстия (светосилы) - 11 (у прототипа - 11,7), что существенно расширяет диапазон возможного применения объектива, в частности позволяет использовать его в приборах ночного видения, предназначенных для работы в условиях низкой освещенности (сумерки и темное время суток). Объектив работает следующим образом. Параллельный пучок света с углом поля зрения 210 от предмета, расположенного на большом расстоянии от первого элемента,попадает на первую поверхность первого компонента объектива и, преломившись через поверхности линз, фокусируется в плоскости изображения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5