ТРЕХЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ Российский патент 2006 года по МПК G02B9/06 G02B11/02 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может быть использовано в различных оптических системах, например в телескопических, в микроскопах.

Известен трехлинзовый объектив (М.И.Апенко, Л.И.Запрягаева, И.С.Свешников «Задачник по прикладной оптике», Москва, «Недра», 1987 г., стр.209), состоящий из первого компонента - положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и второго компонента - склеенного, состоящего из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению.

Однако этот объектив имеет малую технологичность, так как все радиусы оптических поверхностей разные; и плохое качество изображения при пересчете на фокусное расстояние 39,95 мм; при выносе входного зрачка на 45 мм, относительном отверстии 1:3,8 и угловом поле зрения 2W=34 град.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является трехлинзовый объектив (М.И.Апенко, Л.И.Запрягаева, И.С.Свешников «Задачник по прикладной оптике», Москва, «Недра», 1987 г., стр.208), состоящий из двух компонентов; первый из которых по ходу лучей - одиночная первая двояковыпуклая линза, а второй компонент - двухлинзовый склеенный из второй двояковыпуклой линзы и двояковогнутой линзы.

В объективе имеют место условия

R₃/R₄=0,256,

|R₄|/|R₅|=1,2,

n₁=1,5183,

n₂=1,5183,

n₃=1,7462,

где R₃, R₄, R₅ - радиусы третьей, четвертой и пятой оптических поверхностей по ходу лучей;

n₁, n₂, n₃ - показатели преломления материала первой, второй и третьей линз.

Данный объектив рассчитан для области спектра от 480 нм до 643 нм и имеет более высокое качество изображения, чем вышеописанный.

Предлагаемый объектив должен работать при выносе входного зрачка, соизмеримом с величиной фокусного расстояния всего объектива. Ближайший аналог дает недостаточное качество изображения по полю зрения при выносе входного зрачка на значительную величину, соизмеримую с фокусным расстоянием объектива. Расчеты проводились при фокусном расстоянии 39,95 мм; относительном отверстии 1:3,8; угловом поле зрения 2W=34 град и выносе входного зрачка на 45 мм. Кроме того, известный объектив имеет малую технологичность, так как все радиусы оптических поверхностей разные, что требует применения своего пробного стекла и обрабатывающего инструмента на каждую оптическую поверхность.

Задачей заявляемого изобретения является создание трехлинзового объектива с вынесенным входным зрачком с улучшенными свойствами.

Технический результат - повышение технологичности объектива и улучшение качества изображения.

Это достигается тем, что в трехлинзовом объективе, состоящем из двух компонентов, первый из которых по ходу лучей - одиночная первая двояковыпуклая линза, а второй компонент - двухлинзовый склеенный из второй двояковыпуклой линзы и отрицательной линзы, причем первая и вторая двояковыпуклые линзы выполнены из одной марки оптического материала; в отличие от известного отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению; и кроме того, имеют место условия

R₁=|R₂|=R₃;

1,7<R₃/R₄<2,7;

0,01<|R₄|/|R₅|<0,3;

1,56<n₁=n₂<1,63;

1,747<n₃<1,9,

где R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ - радиусы первой, второй, третьей, четвертой и пятой оптических поверхностей по ходу лучей;

n₁, n₂, n₃ - показатели преломления материала первой, второй и третьей линз.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива.

Объектив состоит из двух последовательно расположенных по ходу лучей от предмета компонентов, первый из которых - одиночная первая двояковыпуклая линза 1, а второй компонент - двухлинзовый склеенный из второй двояковыпуклой линзы 2 и отрицательного мениска 3, обращенного выпуклостью к изображению. При этом двояковыпуклые линзы 1 и 2 выполнены из одной марки оптического материала.

Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив.

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

В соответствии с предложенным решением рассчитан трехлинзовый объектив с вынесенным входным зрачком, исправленный в спектральном диапазоне от 480 нм до 660 нм.

Конструктивные параметры объектива приведены в табл.1.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние39,95 ммотносительное отверстие1:3,8угол поля зрения34 градзадний фокальный отрезок22,45 мм

Входной зрачок расположен перед линзой 1 на расстоянии 45 мм.

Таблица 1Радиусы, ммТолщины, ммМарка стеклаПоказатель преломления n_eКоэфф. дисперсии ν_eСветовой диаметр, ммR₁=64,428    36 d₁=9,2TK161,61519258,09 R₂=-64,428    36 d₂=0,16 1  R₃=64,428    36 d₃=19,3TK161,61519258,09 R₄=-27,67    36 d₄=3,7ТФ51,76171227,32 R₅=-610,68    32

В предлагаемом варианте изобретения имеют место равенства

R₃/R₄=2,328

|R₄|/|R₅|=0,045

где R₃, R₄, R₅ - радиусы третьей, четвертой и пятой оптических поверхностей по ходу лучей.

В табл.2 приведены аберрации для λ=0,546 мкм предложенного варианта трехлинзового объектива с вынесенным входным зрачком и трехлинзового объектива - ближайшего аналога.

Таблица 2Вид аберрацииБлижайший аналог (не более)Предложенный объектив (не более)Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:3,80,001 мм0,047 ммПоперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=34 град0,132 мм0,037 ммПоперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=34 град0,338 мм0,157 ммМеридиональный астигматический отрезок Х_м для поля зрения 2W=34 град-3,9 мм0,36 ммСагиттальный астигматический отрезок X_s для поля зрения 2W=34 град-2,47 мм-0,84 ммДисторсия для поля зрения 2W=34 град-22%-4,8%

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан трехлинзовый объектив с вынесенным входным зрачком с более высокой технологичностью и лучшим качеством изображения.

Трехлинзовый объектив с вынесенным входным зрачком состоит из двух компонентов. Первый компонент по ходу лучей - одиночная первая двояковыпуклая линза, второй компонент - двухлинзовый склеенный из второй двояковыпуклой линзы и отрицательной линзы, выполненной в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Первая и вторая двояковыпуклые линзы выполнены из одной марки оптического материала. Выполняются указанные в формуле изобретения соотношения между радиусами оптических поверхностей и показателями преломления материалов линз. Технический результат - улучшение качества изображения и повышение технологичности объектива. 1 ил., 2 табл.

Трехлинзовый объектив, состоящий из двух компонентов, первый из которых по ходу лучей - одиночная первая двояковыпуклая линза, а второй компонент - двухлинзовый склеенный из второй двояковыпуклой линзы и отрицательной линзы, причем первая и вторая двояковыпуклые линзы выполнены из одной марки оптического материала, отличающийся тем, что отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и, кроме того, имеют место соотношения

R₁=|R₂|=R₃;

1,7<R₃/R₄<2,7;

0,01<|R₄|/|R₅|<0,3;

1,56<n₁=n₂<1,63;

1,747<n₃<1,9,

где R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ - радиусы первой, второй, третьей, четвертой и пятой оптических поверхностей по ходу лучей;

n₁, n₂, n₃ - показатели преломления материала первой, второй и третьей линз.