СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2012 года по МПК G02B9/64 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве приемного объектива в оптических приборах, работающих с фотоприемными устройствами, например с ПЗС-матрицами, в том числе и в ИК-диапазоне спектра.

Известна оптическая система линзового объектива для аэрофотографии [Патент США №2628532, НКИ 350-466, публ. 1953 г.]. Однако данный объектив имеет сложную конструкцию (состоит из 11-ти линз) и недостаточное относительное отверстие 1:3,5.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является линзовая система объектива для микрофильмирования [Патент США №4200352, НКИ 350/1.2; 350/214, публ. 1980 г., реализация 1], состоящая из семи компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - одиночная двояковыпуклая линза, причем радиус кривизны ее первой оптической поверхности по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности, второй - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, четвертый компонент - склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линзы, пятый - положительный компонент - склеенный из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, шестой компонент - одиночная двояковыпуклая линза и седьмой компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету и склеенный из отрицательного и положительного менисков. Апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами.

Данный объектив, пересчитанный на фокусное расстояние 64,7 мм, при работе из бесконечности при относительном отверстии 1:1,5 и линейном поле в пространстве изображений 2У'=43,26 мм имеет недостаточное качество изображения. Так, для длины волны 587,56 нм на краю поля зрения он имеет поперечную аберрацию в меридиональном сечении 0,8419 мм и дисторсию - 4,22%.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с повышенным качеством изображения.

Технический результат - повышение качества изображения.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из семи компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - одиночная положительная линза, причем радиус кривизны ее первой оптической поверхности по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности, второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, четвертый компонент - склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линзы, пятый компонент - положительный, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические, шестой компонент - положительный, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические, и седьмой компонент - мениск, в отличие от известного, первый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, второй компонент склеен из двух положительных менисков, пятый компонент - одиночная линза, шестой компонент склеен из двух оптических элементов - первого, внешние оптические поверхности которого выпуклые сферические, и второго оптического элемента - одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а седьмой компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы, обращенной выпуклостью к изображению.

Кроме того, показатель преломления первого по ходу лучей мениска второго компонента может быть меньше показателя преломления второго мениска второго компонента для линии спектра е; первый оптический элемент шестого компонента может быть склеен из двух и более линз и плоскопараллельных пластин из одной марки стекла.

На фигуре изображена оптическая схема светосильного объектива.

Светосильный объектив состоит по ходу лучей из одиночного положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к предмету, положительного мениска 2, обращенного выпуклостью к предмету, склеенного с положительным мениском 3, обращенным выпуклостью к предмету, одиночного отрицательного мениска 4, обращенного выпуклостью к предмету, двояковогнутой линзы 5, склеенной с двояковыпуклой линзой 6, одиночной двояковыпуклой линзы 7, двояковыпуклого оптического элемента 8, склеенного с отрицательным мениском 9, обращенным вогнутостью к предмету, одиночного отрицательного мениска 10, обращенного выпуклостью к изображению, и плоскопараллельной пластины 11. Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 11,15 мм за линзой 4.

Светосильный объектив работает следующим образом.

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

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан светосильный объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 589,3 нм до 852,1 нм с конструктивными данными, представленными в табл.1.

Рассчитанный светосильный объектив имеет следующие характеристики.

Фокусное расстояние объектива f' 64,7 мм Относительное отверстие 1:15 Угловое поле в пространстве предметов 17 град. 14 мин Линейное поле в пространстве изображений 2У'=43,26 мм Задний фокальный отрезок 0,836 мм

В предлагаемом изобретении показатель преломления первого по ходу лучей мениска второго компонента равен 1,4485; а показатель преломления второго мениска второго компонента равен 1,747647 для линии спектра е.

Таблица 1 Радиусы, мм Толщины, мм Марка стекла Показатель преломления n_e Коэфф. дисперсии, ν_e Световой диаметр, мм R₁=-62,376         69   d₁=6,5 ТК21 1,659961 50,81   R₂=-63,973         70,2   d₂=0,2   1     R₃=59,836         59   d₃=7,7 ОК4 1,4485 91,53   R₄=91,41         55,7   d₄=8 СТК19 1,747647 50,21   R₅=252,922         52   d₅=0,2   1     R₆=34,987         49,9   d₆=4 ТК21 1,659961 50,81   R₇=29,039         38,8   d₇=14,05   1     R₈=-59,295         35   d₈=13,15 Ф1 1,616878 36,7   R₉=39,081         41,7   d₉=15,8 ОК4 1,4485 91,53   R₁₀=-83,366         46   d₁₀=0,2   1     R₁₁=49,99         55,4   d₁₁=15 СТК19 1,747647 50,21   R₁₂=-190,943         54,6   d₁₂=0,2   1    

Продолжение таблицы 1 Радиусы, мм Толщины, мм Марка стекла Показатель преломления, n_e Коэфф. дисперсии, ν_e Световой диаметр, мм R₁₃=162,53         52,5   d₁₃=41,8 ТК14 1,615506 60,34   R₁₄=-24,21         41,2   d₁₄=6,35 ТФ8 1,694729 30,89   R₁₅=-370,698         35,8   d₁₅=7   1     R₁₆=-28,64         35,1   d₁₆=3,6 ТК21 1,659961 50,81   R₁₇=-125,329         37,8   d₁₇=3,6   1             41,7   d₁₈=0,76 К8 1,518294 63,83           41,7

В табл.2 приведены аберрации для λ=0, 70652 мкм для предлагаемого светосильного объектива по варианту конкретного исполнения и аберрации для λ=0,58756 мкм для ближайшего аналога, пересчитанного на фокусное расстояние 64,7 мм. При этом плоскость предметов находится в бесконечности.

Предложенный светосильный объектив отличается повышенным качеством изображения по сравнению с ближайшим аналогом, что следует из табл.2.

Таблица 2 Вид аберрации Ближайший аналог Предложенный светосильный объектив (не более) Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:1,5 0,131 мм -0,00649 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм 0,8419 мм 0,14 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм 0,4063 мм 0,029 мм Меридиональный астигматический отрезок Х_м для линейного поля в пространстве изображений 2У^'=43,26 мм 0,966 мм -0,0713 мм Сагиттальный астигматический отрезок X_s для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм 0,598 мм -0,0945 мм Дисторсия для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм -4,22% -0,754%

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив с повышенным качеством изображения.

Объектив может быть использован в качестве приемного объектива в приборах с фотоприемными устройствами, например с ПЗС-матрицами, в том числе, и в ИК-диапазоне. Объектив состоит по ходу лучей из семи компонентов. Первый компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, радиус кривизны первой поверхности которого по модулю меньше радиуса кривизны второй поверхности. Второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету и склеенный из двух положительных менисков. Третий - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Четвертый компонент склеен из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Пятый - одиночная двояковыпуклая линза. Шестой - склеен из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Седьмой компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению. Технический результат - повышение качества изображения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Светосильный объектив, состоящий из семи компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - одиночная положительная линза, причем радиус кривизны ее первой оптической поверхности по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности, второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, четвертый компонент - склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линзы, пятый компонент - положительный, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические, шестой компонент - положительный, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические и седьмой компонент - мениск, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, второй компонент склеен из двух положительных менисков, пятый компонент - одиночная линза, шестой компонент склеен из двух оптических элементов - первого, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические и второго оптического элемента - одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а седьмой компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы, обращенной выпуклостью к изображению.

2. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что показатель преломления первого по ходу лучей мениска второго компонента меньше показателя преломления второго мениска второго компонента для линии спектра е.

3. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что первый оптический элемент шестого компонента склеен из двух и более линз и плоскопараллельных пластин из стекла одной марки.