СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2000 года по МПК G02B13/14 G02B9/34 G02B11/20 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам телескопических систем наблюдательных оптических приборов для инфракрасных лучей, и может быть использовано в приборах ночного видения.

Известны четырехлинзовые объективы, описанные, например, в выложенной заявке Японии N 58-196516 (A), кл. G 02 B 13/02, опубл. 16.11.83 г., выложенной заявке Японии N 2-304408 (A), кл. G 02 B 13/02, опубл. 18.12.90 г.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является объектив, описанный в выложенной заявке Японии B 55-124115 (A), кл. G 02 B 13/02, опубл. 25.09.80 г. Он содержит следующие последовательно расположенные компоненты:
- первый и второй компоненты - положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету,
- третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- четвертый компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету.

Имеют место следующие соотношения:
0,35f < f₁₂ < 0,4f
0,2f < d₁ + d₂ + d₃ + d₄ + d₅ < 0,25f
0,19f < r₆ < 0,21f (I)
1,35f < f₁₂₃ < 1,46f
0,27f < d₆ < 0,32f (II)
n₁, n₂ > 1,6 n₃ n₄ > 1,7
ν₁,ν₂ > 50 ν₃,ν₄ < 30 (III)
где f - фокусное расстояние объектива;
f₁₂ - фокусное расстояние первого, второго компонентов;
f₁₂₃ - фокусное расстояние первого, второго, третьего компонентов;
d₁, d₂, d₃, d₄, d₅, d₆ - толщины и воздушные промежутки в объективе;
r₆ - второй радиус кривизны третьего компонента;
n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала линз;
ν₁,ν₂,ν₃,ν₄ - коэффициент Аббе линз.

Данный объектив имеет малое относительное отверстие 1:2,8.

Задачей изобретения является создание светосильного объектива с относительным отверстием не менее 1: ,7 и угловым полем в пространстве предметов более 20^o при одновременном хорошем качестве изображения по полю.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе, содержащем четыре компонента, первый и второй из которых - положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изобретению, четвертый компонент - положительный и, в отличие от известного, выполнен в виде двояковыпуклой линзы, при этом имеют место следующие соотношения:
0,55f' < f'₁₂ < 0,7f';
5,5f' < f'₁₂₃ < 7f';
0,4f' < d₁ + d₂ + d₃ + d₄ + d₅ < 0,6f';
0,5f' < f'₄ < 0,65f';
0,2f' < d₆ < 0,3f';
0,5 < r₃/r₄ < 0,65;
0,2f' < r₆ < 0,3f';
1,58 < n₁ = n₂ = n₄ < 1,65,
где f' - фокусное расстояние всего объектива;
f'₁₂ - фокусное расстояние первого, второго компонентов;
f'₁₂₃ - фокусное расстояние первого, второго, третьего компонентов;
f'₄ - фокусное расстояние четвертого компонента;
d₁, d₂, d₃, d₄, d₅, d₆ - толщины и воздушные промежутки в объективе;
r₃, r₄ - радиусы кривизны второго компонента;
r₆ - второй радиус кривизны третьего компонента;
n₁, n₂, n₄ - показатели преломления линз первого, второго и четвертого компонентов.

На фиг. 1 изображена оптическая схема объектива; на фиг. 2 и 3 - графики аберраций объектива.

Объектив (фиг. 1) содержит последовательно расположенные по ходу луча четыре компонента, первый 1 и второй 2 из которых - положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, третий компонент 3 - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, четвертый компонент 4 - двояковыпуклая линза. Апертурная диафрагма расположена за третьим компонентом на расстоянии 1,6 мм от него.

Объектив работает следующим образом. Параллельный световой поток от объекта, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит последовательно через линзы 1, 2, 3 и 4 и образует изображение объекта в плоскости наилучшей установки объектива, в которой установлен приемник оптического изображения (не показан).

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан объектив со следующими конструктивными данными, мм:
фокусное расстояние объектива - f' = 17,98
фокусное расстояние первого компонента - f'₁ = 20,14
фокусное расстояние второго компонента - f'₂ = 26,24
фокусное расстояние третьего компонента - f'₃ = 6,63
фокусное расстояние четвертого компонента - f'₄ = 10,01
фокусное расстояние первого, второго компонентов - f'₁₂ = 11,58
фокусное расстояние первого, второго, третьего компонентов - f'₁₂₃ = 111,97
задний фокальный отрезок - S'_F' = 7,374
В объективе соблюдены следующие соотношения:
0,55•17,98 = 9,889 < f'₁₂ = 11,58 < 0,7•17,98 = 12,586;
0,4•17,98 = 7,192 < d₁ + d₂ + d₃ + d₄ + d₅ = 4 + 0,1 + 2,5 + 1 + 1,5 = 9,1 < 0,6•17,98 = 10,788;
0,5 < r₃/r₄ = = 0,6067 < 0,65;
5,5•17,98 = 98,89 < f'₁₂₃ = 111,97 < 7•17,98 = 125,86;
0,5•17,98 = 8,99 < f'₄ = 10,01 < 0,65•17,98 = 11,687;
0,2•17,98 = 3,596 < d₆ = 4,2 < 0,3•17,98 = 5,394;
0,2•17,98 = 3,596 < r₆ = 4,699 < 0,3•17,98 = 5,394;
1,58 < n₁ = n₂ = n₄ =1,60696 < 1,65.

Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики:
относительное отверстие = 1 : 1,6
угловое поле в пространстве предметов = 2ω = 25^o40'
спектральный диапазон (0,6...0,75...1,0) мкм
линейное поле изображения 2y' = 8 мм
длина оптической системы
L = Σd + S' = 16,3 + 7,364 = 23,664 = 1,316f',
где Σd - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе;
S' - задний отрезок;
продольная сферическая аберрация - (-0,0015) мм
меридиональная кривизна изображения - 0,020 мм
сагиттальная кривизна изображения - (-0,027) мм
дисторсия - (-2,9)%
диаметр апертурной диафрагмы равен - 5,68 мм
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: увеличено относительное отверстие объектива до 1: 1,6 при угловом поле в пространстве предметов 2ω = 25^o40' и хорошем качестве изображения по полю:
продольная сферическая аберрация - (-0,0015) мм
меридиональная кривизна изображения - 0,020 мм
сагиттальная кривизна изображения - (-0,027) мм
дисторсия - (-2,9)%к

Светосильный объектив содержит четыре компонента. Первый и второй компоненты - положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, четвертый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы. При этом имеют место соотношения, связывающие между собой фокусные расстояния объектива и его компонентов, толщины компонентов, воздушные промежутки, радиусы кривизны и показатели преломления компонентов. Обеспечивается создание светосильного объектива с относительным отверстием не менее 1:1,7 и угловым полем более 20^o при одновременном хорошем качестве изображения по полю. 3 ил., 1 табл.

Светосильный объектив, содержащий четыре компонента, первый и второй из которых - положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, четвертый компонент - положительный, отличающийся тем, что четвертый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, при этом имеют место следующие соотношения:
0,55 f' < f'₁₂ < 0,7 f';
5,5 f' < f'₁₂₃ < 7 f';
0,4 f' < d₁ + d₂ + d₃ + d₄ + d₅ < 0,6f';
0,5 f' < f'₄ < 0,65 f';
0,2 f' < d₆ < 0,3 f' ;
0,5 < r₃/r₄ < 0,65;
0,2 f' < r₆ < 0,3 f';
1,58 < n₁ = n₂ = n₄ < 1,65,
где f' - фокусное расстояние всего объектива,
f'₁₂ - фокусное расстояние первого, второго компонентов,
f'₁₂₃ - фокусное расстояние первого, второго, третьего компонентов,
f'₄ - фокусное расстояние четвертого компонента,
d₁, d₂, d₃, d₄, d₅, d₆ - толщины и воздушные промежутки в объективе,
r₃, r₄ - радиусы кривизны второго компонента,
r₆ - второй радиус кривизны третьего компонента,
n₁, n₂, n₄ - показатели преломления линз первого, второго и четвертого компонентов.