ЧЕТЫРЕХЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2012 года по МПК G02B9/12 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве приемного объектива в оптических приборах, работающих с различными фотоприемными устройствами.

Известен четырехлинзовый объектив (Патент США №2338614, публ. 1944 г.), состоящий по ходу лучей из четырех одиночных линз: первой -двояковыпуклой, второй - двояковогнутой, третьей - двояковогнутой и четвертой - двояковыпуклой. Однако данный объектив имеет недостаточное относительное отверстие 1:4,5 и недостаточную технологичность, так как все радиусы оптических поверхностей данного объектива разные.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является трехкомпонентный четырехлинзовый фотографический объектив (Патент США №2854889, публ. 1958 г.), состоящий из трех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй - одиночная двояковогнутая линза и третий - одиночная двояковыпуклая линза, причем имеют место соотношения:

1,63<n₃<(n₁+n₄)/2-0,04

0,8f<R₁+R₅<0,9f

4,5R₁<R₃<10R₁

n₁>n₂

n₃<n₄

ν₄=54,8

где n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала по ходу лучей первой, второй, третьей и четвертой линз для линии спектра d;

R₁, R₂, R₃ - радиусы кривизны первой, третьей и пятой оптических поверхностей по ходу лучей;

ν₄ - коэффициент дисперсии материала четвертой линзы для линии спектра d;

f- фокусное расстояние всего объектива.

Однако данный объектив имеет недостаточное относительное отверстие 1:2,8; недостаточное угловое поле в пространстве предметов 2W=45 град. и недостаточную технологичность, так как все радиусы оптических поверхностей данного объектива разные.

Задачей изобретения является создание объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - увеличение относительного отверстия, углового поля в пространстве предметов и повышение технологичности.

Это достигается тем, что в четырехлинзовом объективе, состоящем из трех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - склеенный из положительной и отрицательной линз, второй - одиночная двояковогнутая линза и третий - одиночная двояковыпуклая линза, в отличие от известного линзы первого компонента выполнены в виде менисков, первый из которых обращен выпуклостью к предмету, а второй обращен вогнутостью к изображению, линзы второго и третьего компонентов выполнены из одной марки стекла и имеют место соотношения:

(n₁+n₄)/2-0,04<n₃<1,9

2R₁<R₃<4R₁

n₁<n₂

|R₆|=|R₇|

где n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала по ходу лучей первой, второй, третьей и четвертой линз для линии спектра d;

R₁, R₃, R₆, R₇ - радиусы кривизны первой, третьей, шестой и седьмой оптических поверхностей по ходу лучей.

При этом может иметь место соотношение:

0,5f'<R₁+R₅<0,8f';

где R₁, R₅ - радиусы кривизны первой и пятой оптических поверхностей по ходу лучей;

f' - фокусное расстояние всего объектива.

Кроме того, может иметь место соотношение:

10<ν₄<40

где ν₄ - коэффициент дисперсии материала четвертой линзы для линии спектра d.

На фигуре изображена оптическая схема четырехлинзового объектива.

Четырехлинзовый объектив состоит по ходу лучей из трех компонентов, первый из которых склеенный из положительного мениска 1, обращенного выпуклостью к предмету и отрицательного мениска 2, обращенного вогнутостью к изображению; второй - одиночная двояковогнутая линза 3 и третий - одиночная двояковыпуклая линза 4. Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 0,9 мм за линзой 4.

Четырехлинзовый объектив работает следующим образом.

Световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в бесконечности, проходит через четырехлинзовый объектив и изображается в плоскости наилучшей установки, в которой находится фотоприемное устройство (не показано).

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан четырехлинзовый объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 435 нм до 656 нм с конструктивными данными, представленными в табл.1.

Рассчитанный четырехлинзовый объектив имеет следующие характеристики:

Фокусное расстояние объектива f' 32,05 мм Относительное отверстие 1:2,7 Угловое поле в пространстве предметов 65 град. Линейное поле в пространстве изображений 2У'=43,26 мм Задний фокальный отрезок 23,42 мм

Для данного объектива имеют место соотношения:

(n₁+n₄)/2-0,04=1,701277<n₃=1,740024<1,9

2R₁=20,942<R₃=24,43<4R₁=41,884

n₁=1,74253<n₂=1,806274

0,5f'<R₁+R₅=0,65192 f'<0,8f'

10<ν₄=28,16<40.

Таблица 1 Радиусы, мм Толщины, мм Марка стекла Показатель преломления n_е Коэфф. дисперсии, v_e Световой диаметр, мм R₁=10,471         12,71   d₁=4,58 CTK9 1,746046 50   R₂=95,28         10,28   d₂=l ТФ10 1,813767 25,17   R₃=24,43         9,56   d₃=0,81   1     R₄=-34,75         9,56   d₄=0,8 ТФ4 1,746231 27,95   R₅=10,423         9,1   d₅=0,7   1     R₆=20,8         9,1   d₆=2,3 ТФ4 1,746231 27,95   R₇=-20,8         9,2       1    

Таблица 2 Вид аберрации Предложенный четырехлинзовый объектив (не более) Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:2,7 0,05 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для углового поля 2W=65 град. -2,717 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для углового поля 2W=65 град. 0,459 мм Меридиональный астигматический отрезок Х_м для углового поля 2W=65 град. 2,056 мм Сагиттальный астигматический отрезок X_s для углового поля 2W=65 град. 0,092 мм Дисторсия для углового поля 2W=65 град. 6,11%

В табл.2 приведены аберрации для λ=0,54607 мкм для предлагаемого четырехлинзового объектива по варианту конкретного исполнения.

Предлагаемый объектив имеет одинаковые по модулю радиусы сферических оптических поверхностей третьего компонента, что характеризует его повышенную технологичность. Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан четырехлинзовый объектив с повышенными относительным отверстием, угловым полем в пространстве предметов и технологичностью.

Изобретение может быть использовано в качестве приемного объектива в оптических приборах, работающих с различными фотоприемными устройствами. Объектив состоит по ходу лучей из двухлинзового компонента, склеенного из положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, одиночной двояковогнутой линзы и одиночной двояковыпуклой линзы. Апертурная диафрагма расположена за последней, двояковыпуклой линзой. Для радиусов оптических поверхностей, показателей преломления и коэффициентов дисперсии оптических материалов линз и фокусного расстояния объектива выполняются определенные соотношения, приведенные в формуле изобретения. Технический результат - повышение относительного отверстия, увеличение углового поля в пространстве предметов и повышение технологичности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Четырехлинзовый объектив, состоящий из трех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - склеенный из положительной и отрицательной линз, второй - одиночная двояковогнутая линза и третий - одиночная двояковыпуклая линза, отличающийся тем, что линзы первого компонента выполнены в виде менисков, первый из которых обращен выпуклостью к предмету, а второй обращен вогнутостью к изображению, линзы второго и третьего компонентов выполнены из одной марки стекла и имеют место соотношения:
(n₁+n₄)/2-0,04<n₃<1,9;
2R₁<R₃<4R₁;
n₁<n₂;
|R₁|=|R₇|;
где n₁, n₂, n₃, n₄ - показатели преломления материала по ходу лучей первой, второй, третьей и четвертой линз для линии спектра d;
R₁, R₃, R₆, R₇ - радиусы кривизны первой, третьей, шестой и седьмой оптических поверхностей по ходу лучей.

2. Четырехлинзовый объектив по п.1, отличающийся тем, что имеет место соотношение:
0,5f'<R₁+R₅<0,8f';
где R₁, R₅ - радиусы кривизны первой и пятой оптических поверхностей по ходу лучей;
f' - фокусное расстояние всего объектива.

3. Четырехлинзовый объектив по п.1, отличающийся тем, что имеет место соотношение:
10<ν₄<40;
где ν₄ - коэффициент дисперсии материала четвертой линзы для линии спектра d.