ОБЪЕКТИВ Российский патент 2009 года по МПК G02B9/34 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических приборах, в том числе в телекамерах, работающих с приемной матрицей.

Известен четырехлинзовый фотографический объектив (патент Германии №403706, 42h 4/05, опубл. 1924 г.), в котором первая линза по ходу луча - двояковыпуклая, вторая - двояковогнутая, третья - двояковыпуклая и четвертая линза - положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению.

Однако этот объектив, пересчитанный на фокусное расстояние 78,05 мм, при относительном отверстии 1:2,6 и угле поля зрения 2W=9 град. имеет недостаточно высокое качество изображения (так, поперечная сферическая аберрация для точки на оси достигает величины - 0,215 мм, а для широких наклонных пучков в меридиональном и сагиттальном сечении - величины 0,218 мм и 0,224 мм соответственно).

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является фотографический объектив (патент Германии №440229, 42h 4/05, фиг.2, опубл. 1927 г.), состоящий из четырех одиночных линз, в котором первая по ходу луча - двояковыпуклая линза, вторая - двояковогнутая, третья - положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, и четвертая линза - двояковыпуклая. Отношение толщины третьей линзы к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,07; а отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,015. Кроме того, имеют место равенства:

n₁=n₃=n₄=1,60958,

n₂=1,6733,

где n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала первого, второго, третьего и четвертого компонентов для линии D.

Объектив имеет более высокое качество изображения, чем объектив по патенту Германии №403706.

Этот объектив близок по конструкции к заявляемому, однако, пересчитанный на фокусное расстояние 78,05 мм, при относительном отверстии 1:2,6 и угле поля зрения 2W=9 град. он имеет недостаточно высокое качество изображения (так, поперечная сферическая аберрация для точки на оси достигает величины - 0,0571 мм, а для широких наклонных пучков в меридиональном и сагиттальном сечении - 0,0431 мм и 0,0642 мм соответственно, астигматизм значителен - 0,11 мм) и недостаточную технологичность, так как он не имеет плоских оптических поверхностей.

Задачей заявляемого изобретения является создание объектива с повышенным качеством изображения при высоком уровне технологичности.

Технический результат обусловлен поставленной задачей и представляет собой повышение качества изображения при высоком уровне технологичности объектива.

Это достигается тем, что в объективе, состоящем из четырех одиночных линз, последовательно установленных по ходу луча: двояковыпуклой, двояковогнутой и двух положительных линз, соблюдается равенство n₁=n₃=n₄. Причем первая из двух упомянутых положительных линз - плосковыпуклая, вторая - выпуклоплоская. Отношение толщины плосковыпуклой линзы к фокусному расстоянию всего объектива составляет от 0,09 до 0,15. Имеют место соотношения:

1,61<n₁=n₃=n₄<1,63,

1,6<n₂<1,673,

где n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала первой, второй, третьей и четвертой линз для линии D.

Кроме того, отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива может составлять от 0,001 до 0,01.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива.

Объектив состоит из четырех одиночных линз по ходу лучей: первой - двояковыпуклой линзы 1, второй - двояковогнутой линзы 2, третьей - плосковыпуклой линзы 3, четвертой - выпуклоплоской линзы 4. За линзой 4 может быть расположен светофильтр и одна или несколько плоскопараллельных пластин либо одна или несколько призм.

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, 4 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).

Объектив может работать также и в обратном ходе лучей в качестве коллиматора.

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

Конструктивные параметры предложенного объектива приведены в табл.1.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 78,05 мм относительное отверстие 1:2,6 угол поля зрения 9 град. задний фокальный отрезок 67,98 мм

входной зрачок совпадает с первой поверхностью.

Таблица 1 Радиус, мм Толщина, мм Марка стекла Показатель преломления
n_D Коэфф. дисперсии ν_D Световой диаметр, мм R₁=61,8         30   d₁=6,2 TK14 1,613 60,57   R₂=-389,9         29,3   d₂=17,9   1     R₃=-33,11         24,1   d₃=2,1 ТФ1 1,6475 33,86   R₄=68,55         24,8   d₄=7,8   1     R₅=∞         27,9   d₅=10,1 TK14 1,613 60,57   R₆=-32,81         30   d₆=0,3   1     R₇=87,3         29,6   d₇=4,7 TK14 1,613 60,57   R₈=∞         29

В предлагаемом объективе отношение толщины третьей линзы к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,1294; а отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,003844. Кроме того, в объективе выполнены равенства:

n₁=n₃=n₄=1,613,

n₂=1,6475,

где n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала первой, второй, третьей и четвертой линз для линии D.

В табл.2 приведены аберрации для длины волны 589,3 нм ближайшего аналога, пересчитанного на фокусное расстояние 78,05 мм, и предложенного объектива.

Таблица 2   Значение аберрации Вид аберрации Ближайший аналог Предложенный объектив Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:2,6 0,0571 мм 0,024 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=9 град. 0,0431 мм 0,019 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=9 град. 0,0642 мм 0,028 мм Меридиональный астигматический отрезок Х'_м для поля зрения 2W=9 град. 0,0331 мм - 0,077 мм Сагиттальный астигматический отрезок X'_s для поля зрения 2W=9 град. -0,0766 мм - 0,094 мм Астигматизм для поля зрения 2W=9 град. 0,11 мм 0,0167 мм Дисторсия для поля зрения 2W=9 град. -0,0028% - 0,092%

Кроме того, в предложенном объективе имеются две плоские оптические поверхности, что обеспечивает ему высокую технологичность. Предложенный объектив имеет более высокое качество изображения, что следует из табл.2.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан объектив для спектрального диапазона от 480 до 660 нм с повышенным качеством изображения при высокой технологичности.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических приборах, в том числе в телекамерах, работающих с приемной матрицей. Объектив состоит из четырех линз по ходу луча: первой - двояковыпуклой линзы, второй - двояковогнутой линзы, третьей - плосковыпуклой линзы, четвертой - выпуклоплоской линзы. Отношение толщины плосковыпуклой линзы к фокусному расстоянию всего объектива составляет от 0,09 до 0,15. Имеют место соотношения: 1,61<n₁=n₃=n₄<1,63, 1,6<n₂<1,673, где n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала первой, второй, третьей и четвертой линз для линии D. Отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива может составлять от 0,001 до 0,01. Технический результат - повышение качества изображения и технологичности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Объектив, состоящий из четырех одиночных линз, последовательно установленных по ходу луча: двояковыпуклой, двояковогнутой и двух положительных линз, причем n₁=n₃=n₄, отличающийся тем, что первая положительная линза - плосковыпуклая, вторая - выпуклоплоская, отношение толщины плосковыпуклой линзы к фокусному расстоянию всего объектива составляет от 0,09 до 0,15; кроме того, имеют место соотношения:
1,61<n₁=n₃=n₄<1,63,
1,6<n₂<1,673,
где n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала первой, второй, третьей и четвертой линз для линии D.

2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива составляет от 0,001 до 0,01.