СВЕТОСИЛЬНЫЙ ДЛИННОФОКУСНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 1994 года по МПК G02B9/62 G02B13/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к классу светосильных линзовых объективов.

Известен светосильный объектив, который содержит четыре компонента, из которых первый - положительный, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательной линзы, второй - положительный и также склеенный из двояковыпуклой и отрицательной линз, третий - двусклеенная положительная линза, а четвертый - отрицательная линза.

Объектив обладает высоким относительным отверстием (1/1.0) при фокусном расстоянии F' = 100,84 мм для основной длины волны L = 0,5893 мм. Однако он имеет недостаточное угловое поле в пространстве предметов (2W= 12^о) и малый задний фокальный отрезок (S'_F = 1,22 мм). Более того, коррекция аберраций широких наклонных пучков произведена с использованием геометрического виньетирования, что произведена с использованием геометрического виньетирования, что приводит к более резкому падению освещенности к краю линейного поля в пространстве изображений.

Известен светосильный длиннофокусный объектив, содержащий шесть компонентов, первый из которых - положительный, второй - положительный и склеенный из двух линз, из которых одна - положительная, другая - отрицательный мениск, третий - одиночная отрицательная линза, а пятый и шестой - одиночные мениски.

Известный объектив обладает угловым полем в пространстве предметов 2W= 18^о при фокусном расстоянии F' = 135,0 для основной длины волны L= 0,5893 мкм. Однако при относительном отверстии (1/2,0) коррекция аберраций широких наклонных пучков выполнена с применением виньетирования этих пучков. Так, например, при наклоне W = 9^o, "подрезается" 35% данного пучка. А так как в аналогичных системах и без виньетирования происходит уменьшение относительного отверстия для широких наклонных пучков по мере возрастания их наклона, то с введением виньетирования этот процесс убыстряется. Следствием этого, в частности, является резкое падение освещенности к краю линейного поля в пространстве изображений. Более того, максимальный диаметр пятна рассеяния этого объектива в пределах углового поля 2W = = 20^о, с учетом необходимого виньетирования, определяемого принципом построения данной оптической системы, составляет 0,41 мм, что свидетельствует о невысоком качестве изображения.

В качестве прототипа выбран зеркально-линзовый объектив, который содержит апертурную диафрагму, первый компонент - положительный, второй компонент - включающий двояковыпуклую и отрицательную линзы, третий компонент - отрицательный, выполненный в виде одиночной двояковогнутой линзы, четвертый компонент - двояковыпуклую линзу, а пятый и шестой компоненты - одиночный мениск и одиночный отрицательный мениск соответственно.

Известный объектив обладает высоким относительным отверстием (1/1,5) при фокусном расстоянии F' = 410,9 для основной длины волны L = 620 нм. Однако эта система имеет малое угловое поле в пространстве предметов (2W= 10^о), развить которое не представляется возможным даже при приведении ее к фокусному расстоянию F' = = 150,0. Так, например, пропустить через такую оптическую систему широкий наклонный пучок при W = -10^о без виньетирования физически невозможно из-за принципа построения оптической схемы и в, частности, из-за местоположения апертурной диафрагмы и из-за невозможности исправления аберрации оставшейся незначительной части этого наклонного пучка. Максимальный диаметр пятна рассеяния этого объектива в пределах углового поля 2W = 20^o, с учетом необходимого виньетирования, определяемого принципом построения данной оптической системы, для лучей, прошедших без "разрыва", составляет 5,0 мм, что свидетельствует о низком качестве изображения.

Целью изобретения является увеличение углового поля в пространстве предметов с отсутствием виньетирования при одновременном повышении качества изображения в пределах углового поля 2W = = 20,0^о.

Сущность изобретения заключается в том, что в светосильном длиннофокусном объективе, содержащем апертурную диафрагму, первый компонент - положительный, второй компонент - включающий двояковыпуклую и отрицательную линзы, третий компонент - отрицательный, выполненный в виде одиночной двояковогнутой линзы, четвертый компонент - двояковыпуклую линзу, а пятый и шестой компоненты - одиночный мениск и одиночный отрицательный мениск соответственно, первый компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, причем показатель преломления материала двояковогнутой линзы превышает показатель преломления двояковыпуклой линзы на 0,050-0,068, второй компонент выполнен склеенным, включающим отрицательный мениск, а расстояние между вторым и третьим компонентами составляет 0,001-0,0015 фокусного расстояния объектива, четвертый компонент выполнен склеенным с радиусом склейки, обращенным вогнутостью к пространству изображений и включающим положительный мениск, пятый компонент выполнен отрицательным и обращен вогнутостью к пространству предметов, а шестой компонент обращен вогнутостью к пространству предметов, причем четвертый компонент установлен за одиночной двояковогнутой линзой, а апертурная диафрагма размещена между первым и вторым компонентами.

Развитию углового поля в пространстве предметов при отсутствии виньетирования широких наклонных пучков в светосильных длиннофокусных объективах препятствуют аберрации широких наклонных пучков, в том числе и хроматические аберрации, а также сложность физического пропускания этих пучков через системы. Как правило, обойти указанные причины не удается. Поэтому прибегают к так называемому "подрезанию" наклонных пучков, что приводит к еще более резкому уменьшению относительного отверстия для широких пучков с увеличением их угла наклона при значительных аберрациях прошедших через систему лучей. Последнее обуславливает низкое качество изображения на краю поля и неравномерность освещенности изображения со всеми вытекающими отсюда последствиями.

С целью увеличения углового поля в пространстве предметов с отсутствием виньетирования при одновременном повышении качества изображения в пределах углового поля 2W = 20,0^о первый компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, при этом показатель преломления материалов двояковогнутой линзы превышает показатель преломления материала двояковыпуклой линзы на 0,050-0,068, и за ним установлена апертурная диафрагма. Такая конструкция создает возможность благоприятного прохождения широких наклонных пучков, способствует развитию углового поля, т. е. позволяет активно влиять на аберрации всех без исключения лучей широких пучков, в том числе и на их хроматические аберрации, не прибегая к "подрезанию" этих лучей.

Второй компонент выполнен склеенным, включающим отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов. Такая конструкция компонента способствует развитию углового поля, т. е. позволяет активно влиять как на монохроматические аберрации широких пучков с увеличением их угла наклона, так и на их хроматические аберрации.

Третий компонент - отрицательный, выполненный в виде двояковогнутой линзы, отстоит от второго компонента на расстоянии 0,001-0,0015 фокусного расстояния объектива. Такая конструкция позволяет активно влиять на кривизну изображения, т. е. способствует развитию углового поля, и осуществить двойную коррекцию сферической аберрации для точки на оси.

Четвертый компонент выполнен склеенным с радиусом склейки, обращенным вогнутостью к пространству изображений и включающим положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, и двояковогнутую линзу. Такая конструкция компонента служит для развития относительного отверстия, коррекции меридиональной кривизны изображения и хроматизма увеличения, а следовательно, служит и для развития углового поля в пространстве предметов.

Пятый компонент выполнен отрицательным и обращен вогнутостью к пространству предметов, а шестой компонент обращен вогнутостью к пространству предметов. Такая конструкция этих компонентов, рассчитанных так, что для соответствующих главных лучей они создают определенные продольные увеличения в точках предмета и изображения в меридиональной и сагиттальной плоскостях, обеспечивает окончательную коррекцию астигматизма и средней кривизны изображения, а также их цветных аналогов.

На фиг. 1 представлена принципиальная оптическая схема светосильного длиннофокусного объектива; на фиг. 2 - графики остаточных аберраций и кривая функции светораспределителя.

Оптическая схема предлагаемого объектива содержит последовательно расположенные по ходу луча первый компонент-положительный, выполненный склеенным из двояковыпуклой 1 и двояковогнутой 2 линз, апертурную диафрагму 3, второй компонент, выполненный склеенным из двояковыпуклой линзы 4 и отрицательного мениска 5, обращенного вогнутостью к пространству предметов, третий компонент, выполненный в виде двояковогнутой линзы 6, четвертый компонент, выполненный склеенным с радиусом склейки, обращенным вогнутостью к пространству изображений и включающим положительный мениск 7, и двояковыпуклую линзу 8, пятый компонент - отрицательный, выполненный в виде отрицательного мениска 9, обращенного вогнутостью к пространству предметов, и шестой компонент, выполненный в виде отрицательного мениска 10, обращенного вогнутостью к пространству предметов.

В качестве примера конкретного выполнения рассчитан светосильный длиннофокусный объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице.

Объектив обладает следующими основными оптическими характеристиками: Угловое поле в пространстве предметов, град 20,0 Относительное отверстие 1/1,48 Фокусное расстоя- ние, мм 150,38 Линейное поле в пространстве изображений, мм 54,0 Задний фокальный отрезок, мм 10,52 Основная длина волны, мкм 0,5893 Область ахромати- зации, мкм 0,48613-0,65628
Предложенная конструкция объектива в отличие от прототипа позволяет развить угловое поле в пространстве предметов до 2W = 20^о (у прототипа - 2W = 10^o) при коррекции аберраций широких наклонных пучков без использования виньетирования и улучшить качество изображения в пределах углового поля 2W = 20^o, (см. фиг. 2). Т. е. максимальный размер пятна рассеяния для W= -10^o, составляет 0,07 мм (у прототипа с учетом минимально возможного виньетирования в пределах 2W= 20^o, - 5,0 мм).

Дополнительным техническим преимуществом является увеличение заднего фокального отрезка в 1,43 раза (у прототипа при приведенном фокусном расстоянии F' = = 150,0 - S'_F = 7,3 мм). (56) Патент Японии N 61-32648, кл. G 02 B 9/02, 1986.

Авторское свидетельство СССР N 1137425, кл. G 02 B 11/34, 1982.

Использование: в оптическом приборостроении. Сущность изобретения заключается в том, что объектив содержит первый компонент - положительный, выполненный склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, апертурную диафрагму, второй компонент, выполненный склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного миниска, третий компонент, выполненный в виде двояковогнутой линзы, четвертый компонент, выполненный склеенным с радиусом склейки, обращенным вогнутостью к пространству изображений и включающим положительный мениск и двояковыпуклую линзу, пятый компонент - отрицательный, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, и шестой компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов. 2 ил. 1 табл.

СВЕТОСИЛЬНЫЙ ДЛИННОФОКУСНЫЙ ОБЪЕКТИВ , содеpжащий апеpтуpную диафpагму, пеpвый компонент - положительный, втоpой компонент, включающий двояковыпуклую и отpицательную линзы, тpетий компонент - отpицательный, выполненный в виде одиночной двояковогнутой линзы, четвеpтый компонент - двояковыпуклую линзу, а пятый и шестой компоненты - одиночный и одиночный отpицательный мениски соответственно, отличающийся тем, что с целью увеличения углового поля в пpостpанстве пpедметов с отсутствием виньетиpования пpи одновpеменном повышении качества изобpажения в пpеделах углового поля 2ω = 20^o , пеpвый компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, пpичем показатель пpеломления матеpиала двояковогнутой линзы пpевышает показатель пpеломления двояковыпуклой линзы на 0,050 - 0,068, втоpой компонент выполнен склеенным, включающим отpицательный мениск, а pасстояние между втоpым и тpетьим компонентами составляет 0,001 - 0,0015 фокусного pасстояния объектива, четвеpтый компонент выполнен склеенным с pадиусом склейки, обpащенным вогнутостью к пpостpанству изобpажений и включающим положительный мениск, пятый компонент выполнен отpицательным и обpащен вогнутостью к пpостpанству пpедметов, а шестой компонент обpащен вогнутостью к пpостpанству пpедметов, пpичем четвеpтый компонент установлен за одиночной двояковогнутой линзой, а апеpтуpная диафpагма pазмещена между пеpвым и втоpым компонентами.