СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2000 года по МПК G02B13/14 G02B9/60 G02B11/30 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам и может быть использовано в приборах ночного видения, в частности, работающих с ПЗС-приемниками.

Известны объективы, описанные, например, в выложенной заявке Японии N 64-61714(А) кл. G 02 В 13/04, опубл. 8.03.89, выложенной заявке Японии N 63-70817 (A), кл. G 02 В 13/16, опубл. 31.03.88.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является объектив, описанный в выложенной заявке Японии N 63-81414 (A), кл. G 02 В 13/04, опубл. 12.04.88. Он содержит следующие последовательно расположенные компоненты:
- первый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- второй компонент - двояковыпуклая линза,
- третий компонент - двояковогнутая линза,
- четвертый компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению,
- пятый компонент - двояковыпуклая линза.

Имеют место следующие соотношения:
t 0,4f < d₄ < f,
50 < V₁,
30 > V₂,
30 > V₃,
50 < (V₄ + V₅)/2,
1,65 < (n₄ + n₅)/2,
где f - фокусное расстояние объектива,
d₄ - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами,
V₁, V₂, V₃, V₄, V₅ - коэффициенты Аббе материалов линз компонентов,
n₄, n₅ - показатели преломления материалов линз четвертого и пятого компонентов,
Данный объектив имеет относительное отверстие 1: 1,65, угловое поле зрения 2 ω = 47^o41', довольно большую длину оптической системы

где ∑d - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе,
- задний фокальный отрезок.

Задачей изобретения является создание светосильного объектива с относительным отверстием не менее 1:1,7, угловым полем в пространстве предметов более 47^o и длиной оптической системы

при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается созданием светосильного объектива, содержащего пять компонентов, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй компонент - двояковыпуклая линза, третий компонент - двояковогнутая линза, четвертый компонент - положительная линза, пятый компонент - двояковыпуклая линза, в отличие от известного, в объективе четвертый компонент выполнен в виде плоско-выпуклой линзы, при этом имеют место следующие соотношения:

0,8 < f'₂/f' < 1,5,
0,3 < d₂/f' < 0,42,
0,3 < d₄/f' < 0,5,
0,7 < r₃/f' < 1,2,
50 < V₂,
1,6 < (n₄ + n₅)/2 < 1,65
где f' - фокусное расстояние всего объектива,
f'₁, f'₂ - фокусное расстояние первого и второго компонентов,
d₂ - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами,
d₄ - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами,
r₃ - радиус кривизны линзы второго компонента,
V₂ - коэффициент Аббе материала линзы второго компонента,
n₄, n₅ - показатели преломления материна линз четвертого и пятого 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 пять компонентов, первый из которых состоит из отрицательного мениска 1, обращенного вогнутостью к предмету, второй двояковыпуклая линза 2, третий компонент - двояковогнутая линза 3, четвертый компонент - плоско-выпуклая линза 4, пятый - двояковыпуклая линза 5. Апертурная диафрагма расположена за вторым компонентом.

Объектив работает следующим образом. Параллельный световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит последовательно через линзы 1, 2, 3, 4 и 5 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического изображения (не показан).

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан объектив со следующими конструктивными данными:
фокусное расстояние объектива f' = 7,04 мм
фокусное расстояние первого компонента f'₁ = -10,61 мм
фокусное расстояние второго компонента f'₂ = 7,09 мм
фокусное расстояние третьего компонента f'₃ = -5,24 мм
фокусное расстояние четвертого компонента f'₄ = 8,94 мм
фокусное расстояние пятого компонента f'₅ = 10,5 мм
задний фокальный отрезок = 6,55 мм.

Другие показатели приведены в таблице (см. ниже).

В объективе соблюдены следующие соотношения:





50 < V₂ = 52,62,

Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики: относительное отверстие 1: 1,68; угловое поле в пространстве предметов 2 ω = 48^o2'; спектральный диапазон (0,6...0,75...1,0) мкм; длина оптической системы
L = ∑d+S′ = 15,7+6,54 = 22,24 мм = 3,16f′
где ∑d - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе,
S' - задний отрезок;
продольная сферическая аберрация (по зоне) (- 0,030) мм; меридиональная кривизна изображения 7 (- 0,208) мм; сагиттальная кривизна изображения (- 0,139) мм.

Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 1,4 мм от второй линзы, диаметр апертурной диафрагмы равен 4,64 мм.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: длина оптической системы предложенного объектива L = ∑d+S′ = 3,16f′ значительно меньше оптической длины объектива ближайшего аналога L = 3,84f при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю при относительном отверстии 1:1,7 и угловом поле в пространстве предметов 2 ω =48^o2'.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в приборах ночного видения. Светосильный объектив содержит пять компонентов, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй компонент - двояковыпуклая линза, третий компонент - двояковогнутая линза, четвертый компонент - плоско-выпуклая линза, пятый компонент - двояковыпуклая линза. При этом имеют место соотношения, связывающие 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, угловым полем в пространстве предметов более 47° при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю. 1 табл., 3 ил.

Светосильный объектив, содержащий пять компонентов, первый из которых представляет собой отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй компонент - двояковыпуклая линза, третий компонент - двояковогнутая линза, четвертый компонент - положительная линза, пятый компонент - двояковыпуклая линза, отличающийся тем, что четвертый компонент выполнен в виде плосковыпуклой линзы, при этом имеют место следующие соотношения:

0,8 < f'₂ / f' < 1,5
0,3 < d₂ / f' < 0,42
0,3 < d₄ / f' < 0,5
0,7 < r₃ / f' < 1,2
50 < V₂
1,6 < (n₄ + n₅) / 2 < 1,65
где f' - фокусное расстояние всего объектива;
f'₁, f'₂ - фокусное расстояние первого и второго компонентов;
d₂ - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами;
d₄ - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами;
r₃ - радиус кривизны линзы второго компонента;
V₂ - коэффициент Аббе материала линзы второго компонента;
n₄, n₅ - показатели преломления материала линз четвертого и пятого компонентов.