СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2002 года по МПК G02B13/14 G02B9/60 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, применяемым в приборах ночного видения, в частности работающих с ПСЭ-приемниками.

Известны конструкции светосильных объективов, описанные, например, в выложенных заявках Японии N 64-61714(А), кл. G 02 В 13/04, опубл. 8.03.89 г. , и N 63-70817(А), кл. G 02 В 13/16, опубл. 31.03.88 г. Они содержат 5 линз и имеют относительное отверстие около 1: 2 при значительной длине конструкции.

Наиболее близким аналогом, к заявляемому техническому решению является пятилинзовый объектив, описанный в выложенной заявке Японии N 63-81414(А), кл. G 02 В 13/04, опубл. 12.04.88 г. 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: 0,4f'<d<1,0f'; 50<ν₁; 30>ν₂; 30>ν₃; 50<(ν₄+ν₅)/2; 1,65<(n₄+n₅)/2, где f' - фокусное расстояние объектива, d₄ - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами, ν₁, ν₂, ν₃, ν₄, ν₅ - коэффициенты Аббе материалов линз компонентов, λ - показатели преломления материалов линз четвертого и пятого компонентов.

Данный объектив имеет относительное отверстие 1: 1,65, угловое поле зрения 47^o41', довольно большую длину оптической системы. При f'= 10 мм где ∑d - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе, задний фокальный отрезок.

Задачей изобретения является создание светосильного объектива с относительным отверстием не менее 1: 2, угловым полем в пространстве предметов больше 47 град и длиной оптической системы менее 2,9 f' при одновременном хорошем качестве изображения точки на оси и по полю.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе, содержащем пять компонентов, первый из которых представляет собой отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй компонент - двояковыпуклая линза, третий компонент - двояковогнутая линза, четвертый и пятый компоненты - положительные линзы, в отличие от известного, четвертый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, а пятый компонент - в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, при этом имеют место следующие соотношения: <<
0,32f'<d₂<0,45f';
0,9f'<r₃<1,2f';
0,45<r₉/r₁₀<0,55,
где f' - фокусное расстояние всего объектива,
f'₁ - фокусное расстояние первого компонента,
d₂ - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами,
r₃ - первый радиус кривизны линзы второго компонента,
r₉, r₁₀ - радиусы кривизны линзы пятого компонента.

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 представляет собой отрицательный мениск 1, обращенный вогнутостью к изображению, второй компонент - двояковыпуклая линза 2, третий компонент - двояковогнутая линза 3, четвертый компонент - двояковыпуклая линза 4, пятый компонент - положительный мениск 5, обращенный выпуклостью к предмету. Апертурная диафрагма расположена за линзой 2.

Объектив работает следующим образом. Параллельный световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит последовательно через линзы 1 - 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 (см. также таблицу):
фокусное расстояние объектива f'= 9,36 мм;
фокусное расстояние первого компонента f₁'= -18,16 мм;
фокусное расстояние второго компонента f₂'= 9,94 мм;
фокусное расстояние третьего компонента f₃'= 9,72 мм;
фокусное расстояние четвертого компонента f₄'= 10,93 мм;
фокусное расстояние пятого компонента f₅'= 21,35 мм;
задний фокальный отрезок S'_F'= 5,23 мм.

В объективе соблюдены следующие соотношения:
14,976мм < |f′₁| = |-18,16мм| < 19,656мм;
2,995 мм<d₂= 3,4 мм < 4,212 мм;
8,424 мм<r₃= 9,817 м<11,232 мм;
0,45<r₉/r₁₀= 7,482/14,488= 0,5164<0,55.

Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики:
относительное отверстие - 1: 2;
угловое поле в пространстве предметов - 48^o24';
спектральный диапазон - (0,6. . . 0,75. . . 1,0) мкм;
длина оптической системы - L= ∑d+S'= 21,2+5,18= 26,38 мм = 2,82f', где ∑d - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе, S' - задний отрезок;
продольная сферическая аберрация (по зоне) - 0,018 мм;
меридиональная кривизна изображения - (-0,077) мм;
сагиттальная кривизна изображения - (-0,137) мм.

Апертурная диафрагма расположена за линзой 2 на расстоянии 1,9 мм от нее, диаметр апертурной диафрагмы равен 4,84 мм.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата по сравнению с ближайшим аналогом: длина оптической системы уменьшена до 2,82 f' вместо 3,84 f' при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю при относительном отверстии объектива 1: 2 и угловом поле в пространстве предметов 48^o24'.

Светосильный объектив содержит пять компонентов, первый из которых представляет собой отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - двояковыпуклая линза, третий - двояковогнутая линза, четвертый - двояковыпуклая линза и пятый - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, при этом имеют место соотношения, указанные в формуле изобретения. Обеспечивается создание светосильного объектива с относительным отверстием не менее 1: 2, угловым полем в пространстве предметов больше 47^o и длиной оптической системы менее 2,9 f' при одновременном хорошем качестве изображения точки на оси и по полю. 3 ил. , 1 табл.

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 и пятый компоненты - положительные линзы, отличающийся тем, что четвертый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, а пятый компонент - в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, при этом имеют место следующие соотношения: ; 0,32f'<d₂<0,45f'; 0,9f'<r₃<1,2f'; 0,45<r₉/r₁₀<0,55,
где f' - фокусное расстояние всего объектива, f'₁ - фокусное расстояние первого компонента, d₂ - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами, r₃ - первый радиус кривизны линзы второго компонента, r₉, r₁₀ - радиусы кривизны линзы пятого компонента.