СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2009 года по МПК G02B9/04 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных визуальных и других оптических системах.

Известен светосильный объектив (патент США №4753524, G02В 9/06, 9/12, НКИ 350/480, публ. 1989 г.), содержащий два компонента. Первый компонент по ходу лучей - положительный двухлинзовый, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательной плосковогнутой линзы, обращенной плоскостью к изображению. Второй компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

Данный объектив имеет недостаточное качество изображения для точки на оси (поперечная сферическая аберрация для фокусного расстояния, равного 100 мм, составляет 0,04 мм); недостаточное угловое поле зрения 2W=1,4 град., и недостаточную технологичность, так как объектив имеет разные радиусы оптических поверхностей, и, следовательно, требуется изготовление своего пробного стекла и обрабатывающего инструмента на каждую оптическую поверхность.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является светосильный объектив (Г.Г.Слюсарев. «Расчет оптических систем», Ленинград, «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1975 г., с.110, табл.I.34), содержащий два компонента. Первый компонент по ходу лучей - положительный двухлинзовый, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Второй компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

Для данного объектива имеет место соотношение:

|R₃|/|R₁|=2,54

n₂=1,7398

где R₁ - радиус кривизны первой оптической поверхности по ходу лучей;

R₃ - радиус кривизны третьей оптической поверхности по ходу лучей;

n₂ - показатель преломления материала второй линзы.

Показатель преломления n₂ соответствует показателю преломления стекла ТФ 4 для линии D, причем для линии е показатель преломления равен 1,746231.

Однако известный светосильный объектив имеет небольшое фокусное расстояние, равное 64 мм, малое относительное отверстие 1:2,6 и недостаточную технологичность, так как все его радиусы оптических поверхностей имеют разную величину и, следовательно, требуют изготовления своего пробного стекла и обрабатывающего инструмента на каждую оптическую поверхность.

Задачей заявляемого изобретения является создание объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками и повышенной технологичностью при высоком качестве изображения.

Технический результат - увеличение фокусного расстояния, относительного отверстия и повышение технологичности при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из двух компонентов, первого компонента по ходу лучей - положительного, склеенного из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, второго компонента - одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, в отличие от известного, имеют место соотношения:

|R₂|/|R₄|=1

|R₃|/|R₅|=1

|R₃|/|R₁|<1

1,75<n₂<1,78

где R₁ - радиус кривизны первой оптической поверхности по ходу лучей;

R₂ - радиус кривизны второй оптической поверхности по ходу лучей;

R₃ - радиус кривизны третьей оптической поверхности по ходу лучей;

R₄ - радиус кривизны четвертой оптической поверхности по ходу лучей;

R₅ - радиус кривизны пятой оптической поверхности по ходу лучей;

n₂ - показатель преломления материала второй линзы для линии е.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного светосильного объектива.

Светосильный объектив состоит из двух последовательно расположенных по ходу лучей от предмета компонентов. Первый компонент - положительный, склеенный из двояковыпуклой линзы 1 и отрицательного мениска 2, обращенного выпуклостью к изображению; второй компонент - одиночный положительный мениск 3, обращенный вогнутостью к изображению. За мениском 3 могут быть расположены светофильтр, плоскопараллельная пластина (или пластины) и призма (или призмы).

Входной зрачок в объективе совпадает с первой поверхностью.

Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив, то есть 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).

Предложенная оптическая система может также работать как объектив коллиматора в обратном ходе лучей.

В соответствии с предложенным решением рассчитан светосильный объектив, исправленный для λ=546 нм и ахроматизованный для λ=486 нм и λ=656 нм.

Конструктивные параметры объектива приведены в табл.1.

Таблица 1Радиус, ммТолщина, ммМарка стеклаПоказатель преломления n_eКоэфф. дисперсии ν_eСветовой диаметр, ммR₁=382,426    41,7 d₁=6,5TК161,61519258,09 R₂=-61,843    41,6 d₂=3,5ТФ51,76171227,32 R₃=-197,359    41,7 d₃=0,2 1  R₄=61,843    41,1 d₄=4,5TК161,61519258,09 R₅=197,359    40,5

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние f′100 ммзадний фокальный отрезок95,82 ммотносительное отверстие1:2,4угловое поле зрения5 град.

Имеет место соотношение:

|R₃|/|R₁|=0,516

В табл.2 приведены значения аберраций для λ=546 нм рассчитанного варианта светосильного объектива.

Таблица 2Вид аберрацииЗначение аберрации в предложенном объективе (не более)Поперечная сферическая аберрация для точки на оси0,008 ммпри относительном отверстии 1:2,4 Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в0,079 мммеридиональном сечении для поля зрения 2W=5 град. Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в0,026 ммсагиттальном сечении для поля зрения 2W=5 град. Меридиональный астигматический отрезок Х_м для -0,346 ммполя зрения 2W=5 град. Сагиттальный астигматический отрезок X_s для поля-0,157 ммзрения 2W=5 град. Дисторсия для поля зрения 2W=5 град.-0,019%

В предлагаемом объективе имеется попарное равенство значений радиусов оптических поверхностей на четыре поверхности, что повышает технологичность объектива, кроме того, имеется большое фокусное расстояние и относительное отверстие.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив с повышенным фокусным расстоянием 100 мм, с повышенным относительным отверстием 1:2,4 и повышенной технологичностью при высоком качестве изображения.

Объектив состоит из двух последовательно расположенных по ходу лучей компонентов, первый из которых - двухлинзовый, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, второй - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. |R₂|/|R₄|=1, |R₃|/|R₅|=1, где R₂, R₃, R₄, R₅ - радиусы кривизны, соответственно, второй, третьей, четвертой и пятой оптических поверхностей по ходу лучей. Технический результат: увеличение фокусного расстояния, относительного отверстия и повышение технологичности при высоком качестве изображения. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Светосильный объектив, состоящий из двух компонентов, первого компонента по ходу лучей - положительного, склеенного из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, второго компонента - одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, отличающийся тем, что имеют место соотношения

|R₂|/|R₄|=1, |R₃|/|R₅|=1,

где R₂ - радиус кривизны второй оптической поверхности по ходу лучей;

R₃ -_{радиус кривизны третьей оптической поверхности по ходу лучей;}

R₄ - радиус кривизны четвертой оптической поверхности по ходу лучей;

R₅ - радиус кривизны пятой оптической поверхности по ходу лучей.

|R₃|/|R₁|<1,

где R₁ - радиус кривизны первой оптической поверхности по ходу лучей;

R₃ - радиус кривизны третьей оптической поверхности по ходу лучей.

1,75<n₂<1,78,

где n₂ - показатель преломления материала второй линзы для линии е.