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

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 2-85816 (А), кл. G 02 В 13/04, опубл. 27.03.90г., выложенной заявке Японии 3-63613 (А), кл. G 02 В 13/04, опубликованной 19.03.91 г., которые содержат пять линз и имеют довольно большую длину.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является объектив, описанный в выложенной заявке Японии 63-70817 (А), кл. G 02 В 13/16, опубл. 31.03.88г. Он содержит следующие последовательно расположенные компоненты:
- первый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- второй компонент - двояковыпуклая линза,
- третий компонент - двояковогнутая линза,
- четвертый компонент - двояковыпуклая линза,
- пятый компонент - двояковыпуклая линза.

Имеют место следующие соотношения:
1,0f<|f₁|<1,5f, (1)
f_1.2 > f/0,25, (2)
f_1.2 < -f/0,08,
0,43 f < d₂ < 0,63 f, (3)
1,25 f < f₃ < 1,65 f, (4)
0,40 f < d₄ < 0,80 f, (5)
где f - фокусное расстояние всего объектива,
f₁ - фокусное расстояние первого компонента,
f_1,2 - фокусное расстояние первого и второго компонентов,
d₂ - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами,
f₃ - фокусное расстояние третьего компонента,
d₄ - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами.

Данный объектив имеет относительное отверстие 1:1,63, угловое поле в пространстве предметов 2w=38^o, довольно большую длину оптической системы
L=∑d+S'_F'=33,22+12,80=46,02=3,74f',
где ∑d - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе,
S'_F' - задний фокальный отрезок.

Задачей изобретения является создание светосильного объектива с относительным отверстием не менее 1:1,6, угловым полем в пространство предметов 38^o и длиной оптической системы
L=∑d+S'_F'≤2,4f',
при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю.

Технический результат - снижение длины объектива при сохранении высокого качества изображения.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, содержащем пять компонентов, два из которых отрицательные, причем один из них двояковогнутая линза и три положительные двояковыпуклые линзы, в том числе и четвертый компонент, в отличие от известного первый компонент - двояковыпуклая линза, второй - отрицательная линза, выполненная в виде вогнутоплоской линзы, третий компонент - двояковыпуклая линза, вторая поверхность которой асферическая, а пятый компонент - двояковогнутая линза, при этом имеют место следующие соотношения:

1,05 < f'₃/f' < 1,2,
0,42 < d₇/f' < 0,55,
0,22<|r₉/r₁₀|<0,3,
где f' - фокусное расстояние всего объектива,
f'₂, f'₃ - фокусное расстояние второго и третьего компонентов,
d₇ - толщина линзы четвертого 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 состоит из двояковыпуклой линзы 1, второй - вогнутоплоская линза 2, третий компонент - двояковыпуклая линза 3, вторая поверхность которой выполнена асферической, четвертый компонент - двояковыпуклая линза 4, пятый компонент - двояковогнутая 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 (см. таблицу);
фокусное расстояние объектива f' = 12,03 мм,
фокусное расстояние первого компонента f'₁ = 29,17 мм,
фокусное расстояние второго компонента f'₂ = 10,88 мм,
фокусное расстояние третьего компонента f'₃ = 13,82 мм,
фокусное расстояние четвертого компонента f'₄ = 10,95 мм,
фокусное расстояние пятого компонента f'₅ = -9,53 мм,
задний фокальный отрезок S'_F' = 4,74 мм.

В объективе соблюдены следующие соотношения:


0,42<d₇/f′ =5,8/12,03 = 0,4821<0,55,
0,22<|r₉/r₁₀| = |-8,954/35,48| = 0,2524<0,3.
Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики:
относительное отверстие 1:1,6
угловое поле в пространстве предметов 2w=38^o40'
спектральный диапазон (0,6-0,75-1,0) мкм
длина оптической системы
L=∑d+S'=22,2+4,70=26,9 мм=2,236f',
где ∑d - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе,
S'_F' - задний фокальный отрезок,
продольная сферическая аберрация (по зоне) (-0,009) мм,
меридиональная кривизна изображения (-0,066) мм,
сагиттальная кривизна изображения (-0,072) мм.

Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 1,3 мм от второй линзы, диаметр апертурной диафрагмы равен 8,5 мм.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: длина оптической системы предложенного объектива L= ∑d+S'_F'= 22,2+4,70= 2,236f' значительно меньше оптической длины объектива ближайшего аналога L=3,74f' при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю при относительном отверстии 1:1,6 и угловом поле в пространстве предметов 2w=38^o40', при сохранении высокого качества объектива.

Светосильный объектив содержит пять компонентов. Первый компонент - двояковыпуклая линза, второй - отрицательная линза, выполненная в виде вогнутоплоской линзы, третий компонент - двояковыпуклая линза, вторая поверхность которой асферическая, четвертый компонент - двояковыпуклая линза, а пятый компонент - двояковогнутая линза, при этом выполняются соотношения, указанные в формуле изобретения. Технический результат - создание светосильного объектива с относительным отверстием не менее 1:1/6, угловым полем в пространстве предметов 38^o и длиной оптической системы не более 2,4 f', где f' - фокусное расстояние объектива при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю. 3 ил., 1 табл.

Светосильный объектив, содержащий пять компонентов, два из которых отрицательные, причем один из них двояковогнутая линза, и три положительные двояковыпуклые линзы, в том числе и четвертый компонент, отличающийся тем, что первый компонент - двояковыпуклая линза, второй - отрицательная линза, выполненная в виде вогнутоплоской линзы, третий компонент - двояковыпуклая линза, вторая поверхность которой асферическая, а пятый компонент - двояковогнутая линза, при этом имеют место следующие соотношения:
0,85<| f'₂/f'| <1,0;
1,05<f'₃/f'<1,2;
0,42<d₇/f'<0,55;
0,22<| r₉/r₁₀| <0,3,
где f' - фокусное расстояние всего объектива;
f'₂, f'₃ - фокусные расстояния второго и третьего компонентов;
d₇ - толщина линзы четвертого компонента;
r₉, r₁₀ - радиусы кривизны линзы пятого компонента.