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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья 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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, причем 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, при этом расстояние между вторым компонентом и 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 после второй отрицательной линзы введена положительная линза со второй выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

В третьем 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 после второй отрицательной линзы введена отрицательная линза со второй вогнутой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

В четвертом 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 перед второй отрицательной линзой введена положительная линза с первой выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и 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.

На фиг.3 изображена оптическая схема светосильного объектива-апохромата по третьему варианту решения.

На фиг.4 изображена оптическая схема светосильного объектива-апохромата по четвертому 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 положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза 22 отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза 23 положительная с первой выпуклой поверхностью. Отрицательная линза 31 имеет первую поверхность вогнутую, при этом расстояние между вторым компонентом 20 и 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 второй отрицательной линзы 22 введена положительная линза 24 со второй выпуклой поверхностью.

В третьем варианте решения во втором компоненте 20 после второй отрицательной линзы 22 введена отрицательная линза 24 со второй вогнутой поверхностью.

В четвертом варианте решения во втором компоненте 20 перед второй отрицательной линзой 22 введена положительная линза 24 с первой выпуклой 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=66,926d1=6K8r2=56,663d2=4 r3=76,605d3=17,3CaF2r4=-76,214d4=2,7 r5=-72,848d5=5,3ОФ6r6=430,92d6=1,3 r7=56,344d7=13,3CaF2r8=-11032d8=46,78 r9=46,631d9=9,3СТК3r10=-3775,3d10=2,7 r11=-128,8d11=4ОФ4r12=48,47d12=13,3 r13=46,286d13=6СТК3r14=-1085,5d14=6,7 r15=-37,224d15-2,1ОФ4r16=292,75d16=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 λo=0,546 мкм:

- продольная сферическая аберрация для точки на оси не более 0,007 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,005 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,014 мм;

- относительная дисторсия не более 0,7%.

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

- вторичный спектр положения не более 0,020 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,003 мм.

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

Таблица 2Радиусы, ммТолщины, ммМарки стеколr1=83,604d1=6K8r2=63,804d2=4 r3=78,042d3=16,7CaF2r4=-81,718d4=2,7 r5=-77,16d5=5,3ОФ6r6=965,49d6=1,3 r7=56,756d7=14CaF2r8=-1453,1d8=47,675 r9=68,549d9=8TK23r10=-364,74d10=5,3 r11=-49,857d11=4ОФ6r12=61,487d12=5,3 r13=56,729d13=10CaF2r14=-47,347d14=1,3 r15=57,521d15=6TK23r16=299,97d16=6,7 r17=-42,177d17=2,1TK23r18=57,782d18=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 0,008 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,005 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,019 мм;

- относительная дисторсия не более 0,3%.

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

- вторичный спектр положения не более 0,012 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,002 мм.

В соответствии с предложенным решением по третьему варианту решения получен объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице 3.

Таблица 3Радиусы, ммТолщины, ммМарки стеколr1=105,23d1=6K8r2=62,78d2=4 r3=69,116d3=18CaF2r4=-80,943d4=2,7 r5=-76,642d5=5,3ОФ6r6=-2272,8d6=1,3 r7=55,508d7=14CaF2r8=2942,9d8=49,735 r9=96,116d9=8TK23r10=-306,13d10=5,3 r11=-44,697d11=4ОФ4r12=-103,28d12=1,3 r13=35,381d13=4,7ОФ4r14=26,948d14=5,3 r15=47,01d15=8,7CaF2r16=-44,608d16=6,7 r17=-34,46d17=2,1TK23r18=82,128d18=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 0,011 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,007 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,017 мм;

- относительная дисторсия не более 0,7%.

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

- вторичный спектр положения не более 0,014 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,003 мм.

В соответствии с предложенным решением по четвертому варианту решения получен объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице 4.

Таблица 4Радиусы, ммТолщины, ммМарки стеколr1=61,265d1=6K8r2=54,189d2=4 r3=77,741d3=17,3CaF2r4=-74,686d4=2,7 r5=-70,266d5-5,3ОФ6r6=401,94d6=1,3 r7=55,607d7=13,3CaF2r8=-4700,4d8=44,816 r9=62,219d9=7,3TK23r10=108,86d10=1,3 r11=47,185d11=8CaF2r12=-3320,6d12=4 r13=-57,36d13=4ОФ6r14=33,061d14=4 r15=42,333d15=8TK23r16=-51,094d16=6,7 r17=-34,231d17=2,4TK23r18=214,619d18=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 0,014 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,009 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,017 мм;

- относительная дисторсия не более 0,7%.

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

- вторичный спектр положения не более 0,013 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,003 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 - положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая - отрицательная с первой вогнутой 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, третья из которых положительная со второй выпуклой поверхностью. По третьему варианту второй компонент содержит четыре линзы, третья из которых отрицательная со второй вогнутой поверхностью. По четвертому варианту второй компонент содержит четыре линзы, вторая из которых положительная с первой выпуклой поверхностью. Обеспечивается создание светосильного объектива-апохромата с относительным отверстием 1:1,8, угловым полем зрения 8,4° и высоким качеством изображения. 4 н.п. ф-лы, 4 табл., 4 ил.

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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, причем 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, 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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, причем 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 после второй отрицательной линзы введена положительная линза с второй выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.3. 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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, причем 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 после второй отрицательной линзы введена отрицательная линза с второй вогнутой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.4. 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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, причем 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 перед второй отрицательной линзой введена положительная линза с первой выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.