ТРЕХЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2013 года по МПК G02B9/12 G02B11/08 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, например в приемных каналах, работающих с ПЗС-матрицами.

Известен трехлинзовый фотографический телеобъектив «Таир-3» (Д.С.Волосов, «Фотографическая оптика», изд. «Искусство», Москва, 1971 г., стр.461, табл. V.6, стр.466, рис.V.12, а), содержащий два компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный, состоящий из двух одиночных линз - двояковыпуклой и отрицательной, а второй компонент - отрицательный одиночный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Данный объектив имеет фокусное расстояние 300 мм и относительное отверстие 1:4,5. Однако этот телеобъектив имеет недостаточное относительное отверстие и значительное геометрическое виньетирование - 40%.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является объектив телескопа (патент США №2158507, 88-57, публ. 1939 г., пример 1, фиг.1), содержащий два компонента, первый из которых по ходу лучей - двухлинзовый, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. В данном объективе для линии спектра D показатель преломления двояковыпуклой линзы равен 1,5209; двояковогнутой линзы - 1,6646 и отрицательного мениска - 1,5163. Однако этот объектив имеет недостаточные фокусное расстояние 96,3 мм и качество изображения. Так, для относительного отверстия 1:4,29 и углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин объектив имеет поперечную аберрацию для точки на оси минус 0,083 мм, поперечную аберрацию в сагиттальном сечении минус 0,09 мм, поперечную аберрацию в меридиональном сечении минус 0,1471 мм, для линии спектра D.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик трехлинзового объектива.

Технический результат - увеличение фокусного расстояния и повышение качества изображения.

Это достигается тем, что в трехлинзовом объективе, содержащем два компонента, первый из которых по ходу лучей - двухлинзовый, включающий в себя отрицательную и положительную линзы, причем первая поверхность положительной линзы выпуклая, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, в отличие от известного линзы первого компонента выполнены одиночными, и первая из них - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету

Кроме того, вторая по ходу лучей одиночная линза первого компонента может быть выполнена двояковыпуклой.

Кроме того, для линии спектра D показатель преломления одиночной отрицательной линзы первого компонента может быть более 1,67 и менее 1,79, одиночной положительной линзы первого компонента соответственно более 1,3 и менее 1,5 и отрицательного мениска второго компонента соответственно более 1,6 и менее 1,71.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного трехлинзового объектива.

Трехлинзовый объектив состоит из двух последовательно расположенных по ходу лучей компонентов - двухлинзового, состоящего из одиночного отрицательного мениска 1, обращенного выпуклостью к предмету, и одиночной положительной линзы 2. Второй компонент - одиночный отрицательный мениск 3, обращенный выпуклостью к предмету. Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 35,72 мм за линзой 2, но может находиться и в другом месте.

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).

В соответствии с предложенным решением рассчитан трехлинзовый объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 589 нм до 800 нм. Основная расчетная длина волны 706,52 нм.

Конструктивные параметры предлагаемого объектива приведены в табл.1.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 300,33 мм относительное отверстие 1:4,29 угловое поле в пространстве предметов 4 град 10 мин задний фокальный отрезок 49,29 мм

В предлагаемом объективе для линии спектра D показатель преломления одиночной отрицательной линзы первого компонента равен 1,6709; одиночной положительной линзы первого компонента равен 1,447303; отрицательного мениска второго компонента равен 1,6594.

В табл.2 приведены аберрации для длины волны 589,3 нм для объектива ближайшего аналога и для предложенного объектива для длины волны 706,52 нм.

Предлагаемый объектив имеет увеличенное по сравнению с ближайшим аналогом фокусное расстояние 300,33 мм и повышенное качество изображения (особенно для широких полевых наклонных пучков), что следует из табл.2.

Непосредственно данный объектив-апохромат рассчитан для работы в ИК-диапазоне спектра, что позволяет получать снимки в цифровой камере со специальными эффектами типа «Зимний пейзаж с инеем» при любых погодных условиях. Предлагаемый объектив при пересчете на видимый диапазон спектра можно использовать также в качестве фотографического объектива на формат кадра 24×18 мм², в том числе и для цифровых камер.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан трехлинзовый объектив с увеличенным фокусным расстоянием и повышенным качеством изображения.

Таблица 1 Радиусы, мм Толщины, м Марка стекла Показатель преломления n_e Коэфф. дисперсии ν_e Световой диаметр, мм R₁=99,772         70   d₁=6,2 БФ16 1,674385 47   R₂=60,269         70   d₂=0,4   1     R₃=59,295         70   d₃=15 OK4 1,4485 91,53   R₄=-2310,307         69,8   d₄=223,15   1     R₅=22,03         28,2   d₅=3,05 СТК3 1,662237 57,09   R₆=19,725         26,2

Таблица 2 Вид аберрации Ближайший аналог Предложенный объектив (не более) 1 2 3 Поперечная сферическая аберрация для точки на оси для относительного отверстия 1:4,29 -0,083 мм 0, 073 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин -0,1471 мм 0,072 мм Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин -0,09 мм 0,036 мм Меридиональный астигматический отрезок X'_м для углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин 0,0352 мм -0,021 мм Сагиттальный астигматический отрезок X'_s для углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин 0,01 мм -0,054 мм Дисторсия для углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин 0,086% 0,977%

Объектив может быть использован, например, в приемных каналах, работающих с ПЗС-матрицами. Трехлинзовый объектив состоит из трех последовательно расположенных по ходу лучей одиночных линз, первая из которых - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, вторая - положительная линза, первая поверхность которой - выпуклая, третья - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Вторая по ходу лучей линза может быть выполнена двояковыпуклой. Технический результат - увеличение фокусного расстояния и повышение качества изображения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Трехлинзовый объектив, содержащий два компонента, первый из которых по ходу лучей - двухлинзовый, включающий в себя отрицательную и положительную линзы, причем первая поверхность положительной линзы выпуклая, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, отличающийся тем, что линзы первого компонента выполнены одиночными и первая из них - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету.

2. Трехлинзовый объектив по п.1, отличающийся тем, что вторая по ходу лучей одиночная линза первого компонента выполнена двояковыпуклой.

3. Трехлинзовый объектив по п.1, отличающийся тем, что для линии спектра D показатель преломления одиночной отрицательной линзы первого компонента более 1,67 и менее 1,79, одиночной положительной линзы первого компонента более 1,3 и менее 1,5, отрицательного мениска второго компонента более 1,6 и менее 1,71.