СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2002 года по МПК G02B13/14 G02B9/34 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, применяемым в приборах ночного видения.

Известны конструкции светосильных объективов, описанные, например, в выложенной заявке Японии 62-98317(А), кл. G 02 В 13/00, опубл. 7.05.87 г., в акцептованной заявке Японии 60-49288(B2), кл. G 02 В 13/00, опубл. 1.11.85 г., которые содержат четыре и три линзы и имеют довольно большую длину.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является четырехлинзовый объектив, описанный в выложенной заявке Японии 62-11819(А), кл. G 02 В 13/00, опубл. 20.01.87 г. Он содержит следующие последовательно расположенные компоненты:
- первый компонент - двояковыпуклая линза и отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету,
- второй компонент - двояковыпуклая линза и положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету.

Имеют место следующие соотношения:
1,5f<f₁<2,2f;
1,6f<f₄<2,6f;

0,9f<|r₃|<1,3f;
1,0f <r₈<1,5f;
0,7f <d₄<1,2f;
где f - фокусное расстояние всего объектива,
f₁, f₂, f₃ и f₄ - фокусные расстояния линз первого и второго компонентов,
r₃ - первый радиус кривизны второй линзы первого компонента,
r₈ - второй радиус кривизны второй линзы второго компонента,
d₄ - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами.

Данный объектив имеет малое угловое поле в пространстве предметов 4 град. 7 мин. и большую длину оптической системы 2,36f.

Задачей изобретения является создание светосильного объектива с относительным отверстием не менее 1:2, угловым полем в пространстве предметов больше 11 град. и длиной оптической системы менее 1,4f при одновременном хорошем качестве изображения точки на оси и по полю.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе типа Петцваля, содержащем два положительных компонента, первый из которых состоит из двояковыпуклой и отрицательной линз, второй состоит из двух линз, первая из которых - двояковыпуклая, в отличие от известного, в первом компоненте отрицательная линза выполнена в виде двояковогнутой, а во втором компоненте вторая линза выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, при этом имеют место следующие соотношения:
0,5f'<f'₁<0,9f',
-4,6f'<f'₄<-3,7f',

-0,5f'<r₇<-0,3',
0,4f'<d₄<0,6f',
1,5f'<f'_I<1,65f',
1,1f'<f'_II<1,25f',
где f' - фокусное расстояние всего объектива,
f'_I и f'_II - фокусные расстояния первого и второго компонентов,
f₁', f₂', f₃' и f₄' - фокусные расстояния линз первого и второго компонентов,
r₇ - первый радиус кривизны второй линзы второго компонента,
d₄ - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами.

Известна конструкция ахроматического объектива для ИК-области спектра, описанная в авт. свид. СССР 404037, кл. G 02 В 13/14, опубл. 26.10.73 г., оптические элементы которой по форме и расположению сходны с заявляемым объективом. Однако указанный известный объектив представляет собой оптическую систему типа Тессар, состоящую из трех компонентов и четырех линз в отличие от предлагаемой, которая представляет собой оптическую систему типа Петцваля, состоящую из двух положительных компонентов и четырех линз.

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

Объектив (фиг.1) содержит последовательно расположенные по ходу луча два компонента, первый ив которых состоит ив двояковыпуклой 1 и двояковогнутой линзы 2. Второй компонент состоит ив двояковыпуклой линзы 3 и отрицательного мениска 4, обращенного вогнутостью к предмету. В объективе имеют место определенные соотношения между параметрами линз. Апертурная диафрагма расположена за линзой 2.

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

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан объектив конструктивными данными, приведенными в таблице
Фокусное расстояние объектива f'=85,08 мм
Фокусное расстояние первой линзы f'₁=59,54 мм
Фокусное расстояние второй линзы f'₂=-87,03 мм
Фокусное расстояние третьей линзы f'₃=76,32 мм
Фокусное расстояние четвертой линзы f'₄=-350,12 мм
Фокусное расстояние первого компонента f'_I=135,54 мм
Фокусное расстояние второго компонента f'_II=99,897 мм
Задний фокальный отрезок S'_F'=27,97 мм
Расстояние от последней поверхности объектива до плоскости наилучшей установки S'_уст=27,78 мм
В объективе соблюдены следующие соотношения:
42,54 мм<f'₁=59,54 мм<76,57 мм,
-391,37 мм<f'₄=-350,12 мм<-314,80 мм,

-42,54 мм<r₇=-33,65 мм<-25,52 мм,
34,03 мм< d₄=45,1 мм<51,05 мм,
127,62 мм<f'_I=135,54 мм<140,382 мм,
93,588 мм<f'_II=99,897 мм<106,36 мм.

Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики:
Относительное отверстие 1:1,6
Угловое поле в пространстве предметов 12 град. 4 мин.

Спектральный диапазон (0,6...0,78...0,90) мкм
Длина оптической системы

где ∑d - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе,
S'_уст - расстояние от последней поверхности объектива до плоскости наилучшей установки.

Продольная сферическая аберрация по зоне (-0,058) мм
Меридиональная кривизна изображения по полю 0,117 мм
Сагиттальная кривизна изображения по полю (-0,109) мм
Апертурная диафрагма расположена за линзой 2 на расстоянии 18,8 мм от нее, диаметр апертурной диафрагмы равен 36,7 мм.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата по сравнению с ближайшим аналогом: увеличено угловое поле в пространстве предметов до 12 град. 4 мин вместо 4 град. 7 мин, длина оптической системы уменьшена до 1,35f' вместо 2,36f' при относительном отверстии объектива 1:1,6 и хорошем качестве изображения по полю:
Продольная сферическая аберрация по зоне (-0,058) мм.

Меридиональная кривизна изображения по полю 0,117 мм.

Сагиттальная кривизна изображения по полю (-0,109) мм.

Светосильный объектив содержит два положительных компонента. Первый компонент состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой отрицательной линз, а второй - из двух линз, первая из которых двояковыпуклая, а вторая линза выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. При этом выполняются указанные в формуле изобретения соотношения между фокусными расстояниями объектива и его компонентов, толщинами и воздушными промежутками. Обеспечивается создание светосильного объектива с относительным отверстием не менее 1:2, угловым полем в пространстве предметов больше 11^o и длиной оптической системы менее 1,4f при одновременном хорошем качестве изображения точки на оси и по полю. 3 ил., 1 табл.

Светосильный объектив, содержащий два положительных компонента, первый из которых состоит из двояковыпуклой и отрицательной линз, второй - из двух линз, первая из которых двояковыпуклая, отличающийся тем, что в первом компоненте отрицательная линза выполнена в виде двояковогнутой, а во втором компоненте вторая линза выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, при этом имеют место следующие соотношения:
0,5f'<f'₁<0,9f';
-4,6f'<f'₄<-3,7f';

-0,5f'<r₇<-0,3f';
0,4f'<d₄<0,6f';
1,5f'<f'_I<1,65f';
1,1f'<f'_II<1,25f',
где f' - фокусное расстояние всего объектива;
f'_I и f'_II - фокусные расстояния первого и второго компонентов;
f₁', f₂', f₃', f₄' - фокусные расстояния линз первого и второго компонентов;
r₇ - первый радиус кривизны второй линзы второго компонента;
d₄ - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами.