СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ-АПОХРОМАТ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК G02B9/64 

Предлагаемое техническое решение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве объектива в фото- и видеокамерах.

Известны светосильные объективы-апохроматы, содержащие два положительных компонента, расположенных на большом расстоянии друг от друга, и одиночную отрицательную линзу, расположенную вблизи плоскости изображения (патент США №6208459 В1 (вариант 2), патент США №4929071, патент США №5210646 (вариант 20).

Объектив, приведенный в патенте США №6208459 В1 (вариант 2), имеет двухлинзовые первый и второй положительные компоненты, расположенные на большом расстоянии друг от друга, и одиночную отрицательную линзу, расположенную вблизи плоскости изображения. Недостатком этого объектива является его невысокая светосила (относительное отверстие равно 1:3,2).

В патенте США №4929071 описан объектив-апохромат, имеющий усложненные многолинзовые компоненты: первый положительный компонент содержит пять линз, второй положительный компонент - четыре линзы. Относительное отверстие этого объектива достигает 1:2. К недостаткам этого объектива следует отнести невысокое поле зрения, равное 4,2°.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению (прототипом) является светосильный объектив-апохромат, описанный в патенте США №5210646 (вариант 20).

Данный объектив-апохромат имеет первый и второй положительные компоненты, расположенные на расстоянии больше 0,3 фокусного расстояния, и одиночную отрицательную линзу с первой вогнутой поверхностью. Первый компонент содержит три линзы, из которых последовательно по ходу лучей первая линза положительная двояковыпуклая, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью. Второй компонент содержит три линзы, из которых две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей линза положительная с первой выпуклой поверхностью.

Недостатком этого объектива является невысокая светосила и невысокое качество изображения. При фокусном расстоянии, равном 100 мм, относительное отверстие этого объектива составляет 1:3,5, угол поля зрения равен 12°.

Задачей заявляемого технического решения является разработка светосильного объектива-апохромата с высоким качеством изображения.

Это достигается тем, что светосильный объектив-апохромат, состоящий из первого положительного компонента, содержащего три линзы, из которых последовательно по ходу лучей первая линза положительная двояковыпуклая, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, второго положительного компонента, содержащего три линзы, из которых две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, расстояние между первым и вторым компонентами больше 0,3 фокусного расстояния объектива, отличается тем, что в первый компонент перед первой линзой введен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент содержит последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

Во втором варианте решения светосильный объектив-апохромат отличается тем, что в первый компонент перед первой линзой введен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, а во второй компонент, содержащий последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, после третьей линзы введена отрицательная линза с первой вогнутой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

Представленные иллюстрации поясняют суть предлагаемого решения.

На фиг.1 изображена оптическая схема светосильного объектива-апохромата по первому варианту решения.

На фиг.2 изображена оптическая схема светосильного объектива-апохромата по второму варианту решения.

Светосильный объектив-апохромат состоит из первого положительного компонента 10, второго положительного компонента 20 и одиночной отрицательной линзы 31. Расстояние между первым 10 и вторым 20 компонентами больше 0,3 фокусного расстояния объектива. Первый положительный компонент 10 состоит из четырех линз. Последовательно по ходу лучей первая линза 11 отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, вторая линза 12 положительная двояковыпуклая, третья линза 13 отрицательная с первой вогнутой поверхностью, четвертая линза 14 положительная с первой выпуклой поверхностью. Второй положительный компонент 20 содержит три линзы. Последовательно по ходу лучей первая линза 21 отрицательная с первой вогнутой поверхностью, вторая линза 22 положительная со второй выпуклой поверхностью, третья линза 23 положительная с первой выпуклой поверхностью. Одиночная отрицательная линза 31 имеет первую поверхность вогнутую, при этом расстояние между вторым компонентом 20 и одиночной отрицательной линзой 31 меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

Апертурная диафрагма, являющаяся входным зрачком, совпадает с вершиной первой поверхности первой линзы 11 первого компонента 10.

Во втором варианте решения во втором компоненте 20 после третьей положительной линзы 23 введена отрицательная линза 24 с первой вогнутой поверхностью.

Объектив работает следующим образом. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, проходит через первый компонент 10, содержащий линзы 11, 12, 13, 14, второй компонент 20, содержащий линзы 21, 22, 23, одиночную отрицательную линзу 31, и строит изображение предмета в плоскости изображения.

В соответствии с предложенным решением по первому варианту решения получен объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице 1.

Таблица 1Радиусы, ммТолщины, ммМарки стеколr1=117,71d1=6K8r2=68,072d2=4 r3=76,274d3=17,3CaF2r4=-79,414d4=2,7 r5=-75,475d5=5,3ОФ6r6=-714,37d6=1,3 r7=58,916d7=14CaF2Г8=-1078,7d8=64,23 r9=-35,854d9=4,7ОФ4r10=-60,938d10=1,3 r11=127,19d11=10CaF2r12=-53,536d12=1,3 r13=40,913d13=8CaF2r14=795,81d14=9,75 r15=-49,875d15=2,1ОФ6r16=42,908d16=3 r17 - плоскостьd17=1K8r18 - плоскость  

Характеристики объектива:

- фокусное расстояние - 100 мм;

- относительное отверстие - 1:1,8;

- угловое поле зрения - 8,4°;

- рабочий спектральный диапазон - 0,404...0,766 мкм.

Объектив имеет следующие аберрации для длины волны λо=0,546 мкм:

- продольная сферическая аберрация для точки на оси не более 0,009 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,005 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,014 мм;

- относительная дисторсия не более 0,1%.

Объектив имеет хроматические аберрации для спектрального диапазона 0,404...0,766 мкм:

- вторичный спектр положения не более 0,024 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,006 мм.

В соответствии с предложенным решением по второму варианту решения получен объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице 2.

Таблица 2Радиусы, ммТолщины, ммМарки стеколr1=153,81d1=6K8r2=74,057d2=3,5 r3=82,062d3=17CaF2r4=-84,277d4=3 r5=-79,517d5=6ОФ6r6=-375,01d6=1,3 r7=58,976d7=14,5CaF2r8=-10434d8=63,946 r9=-33,647d9=4,7ОФ4r10=-57,093d10=1,3 r11=-393,65d11=10CaF2r12=-44,148d12=1,3 r13=43,786d13=9CaF2r14=-170,87d14=4 r15=-71,208d15=4ОФ4r16=-106,15d16=6,7 r17=-49,283d17=2,1TK23r18=49,402d18=3 r19 - плоскостьd19=1K8r20 - плоскость  

Характеристики объектива:

- фокусное расстояние - 100 мм;

- относительное отверстие - 1:1,8;

- угловое поле зрения - 8,4°;

- рабочий спектральный диапазон - 0,404...0,766 мкм.

Объектив имеет следующие аберрации для длины волны λо=0,546 мкм:

- продольная сферическая аберрация для точки на оси не более 0,004 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,006 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,017 мм;

- относительная дисторсия не более 0,1%.

Объектив имеет хроматические аберрации для спектрального диапазона 0,404...0,766 мкм:

- вторичный спектр положения не более 0,022 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,005 мм.

Таким образом, техническим результатом заявляемого решения является создание светосильного объектива-апохромата с относительным отверстием 1:1,8, угловым полем зрения 8,4° и высоким качеством изображения.

Объектив по первому варианту содержит два положительных компонента и одиночную отрицательную линзу. Первый компонент содержит четыре линзы: первая - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, вторая - двояковыпуклая, третья - отрицательная с первой вогнутой поверхностью, четвертая - положительная с первой выпуклой поверхностью. Второй компонент содержит три линзы: первая - отрицательная с первой вогнутой поверхностью, вторая - положительная со второй выпуклой поверхностью, третья - положительная с первой выпуклой поверхностью. Одиночная отрицательная линза имеет первую вогнутую поверхность. Расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива. По второму варианту второй компонент содержит четыре линзы, четвертая из которых - отрицательная с первой вогнутой поверхностью. Обеспечивается создание светосильного объектива-апохромата с относительным отверстием 1:1,8, угловым полем зрения 8,4° и высоким качеством изображения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Светосильный объектив-апохромат, состоящий из первого положительного компонента, содержащего три линзы, из которых последовательно по ходу лучей первая линза положительная двояковыпуклая, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, второго положительного компонента, содержащего три линзы, из которых две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, расстояние между первым и вторым компонентами больше 0,3 фокусного расстояния объектива, отличающийся тем, что в первый компонент перед первой линзой введен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент содержит последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.2. Светосильный объектив-апохромат, состоящий из первого положительного компонента, содержащего три линзы, из которых последовательно по ходу лучей первая линза положительная двояковыпуклая, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, второго положительного компонента, содержащего три линзы, из которых две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, расстояние между первым и вторым компонентами больше 0,3 фокусного расстояния объектива, отличающийся тем, что в первый компонент перед первой линзой введен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, а во второй компонент, содержащий последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, после третьей линзы введена отрицательная линза с первой вогнутой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.