АПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2015 года по МПК G02B9/12 G02B11/18 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве объективов в различных приборах, например, объективах телевизионной камеры или телевизионно-дальномерного канала.

Известны апохроматические объективы, описанные в патентах RU №2433432, МПК G02B 9/12, опубл. 10.02.2011 г., RU №2331094, МПК G02B 9/28, опубл. 10.08.2008 г. Данные объективы обладают невысокой светосилой, что ограничивает их использование в телевизионных системах при низких уровнях освещенности.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является апохроматический объектив, описанный в патенте RU №2429508, МПК G02B 9/14, опубл. 20.09.2011 г. Данный объектив состоит по ходу лучей из трех компонентов: первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, второй компонент - в виде мениска, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, третий компонент обращен вогнутой стороной к плоскости изображений и выполнен в виде близкорасположенных линз, первая из которых двояковыпуклая, вторая -отрицательная линза. Преломляющие поверхности линз являются сферическими. Линзы выполнены из двух марок оптических стекол. Показатели преломления и коэффициенты средней дисперсии материалов линз удовлетворяют соотношению: 1,82<n1<1,9; 1,57<n2<1,65; 21<ν1<30; 60<ν2<67, кроме того, данный объектив имеет невысокую светосилу, которая равна 1:7.

Задача изобретения - создание апохроматического объектива с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - повышение светосилы объектива при сохранении качества изображения путем подбора комбинации стекол и коррекции аберраций, обеспечивающих снижение хроматизма положения и исправления остаточного астигматизма.

Это достигается тем, что в апохроматическом объективе, содержащем по ходу луча три компонента, первый из которых выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, второй - в виде склеенного из двух линз мениска, одна из которых положительная, а другая - отрицательная, третий компонент отрицательный, содержащий положительную и отрицательную линзы, в отличие от известного, мениск первого компонента выполнен в виде склеенного дублета из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент положительный и первая линза в котором положительная, а третий компонент - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, при этом показатели преломления и коэффициенты средней дисперсии материалов линз удовлетворяют соотношениям:

1,6>n_D1=n_D3=n_D5≥1,7

50≥υ_D1=υ_D3=υ_D5≥61

1,65≥n_D2≥1,76

26≥υ_D2≥33

1,7≥n_D4≥1,8

48≥υ_D4≥54

1,5≥n_D6≥1,6

50≥υ_D6≥54

где n_D1….6 - коэффициенты преломления материала 1-6 линз на длине волны соответствующей линии D спектра;

υ_D1….6 - число Аббе материала 1-6 линз для длины волны соответствующей линии D спектра.

Кроме того, объектив может быть дополнен светоделительной призмой, установленной между третьим компонентом и плоскостью изображения.

На фиг.1 представлена оптическая схема предложенного объектива, на фиг.2 представлена оптическая схема объектива со светоделительной призмой, на фиг.3 - график функции передачи модуляции, на фиг.4 - график продольной хроматической аберрации, на фиг.5 - график кривизны поля и дисторсии.

Апохроматический объектив (фиг.1) состоит по ходу лучей из трех компонентов: первого компонента 1, выполненного в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, второго компонента 2, выполненного в виде положительного склеенного мениска, третий компонент 3 выполнен в виде склеенной отрицательной линзы, обращенной вогнутой стороной к плоскости изображений. Первый компонент 1 состоит из склеенного дублета из двояковыпуклой линзы 4 и двояковогнутой линзы 5. Второй компонент 2 склеенный, и первой в склейке расположена положительная линза 6, а второй - отрицательная линза 7. Третий компонент 3 склеенный из двояковыпуклой линзы 8 и двояковогнутой линзы 9.

Апохроматический объектив (фиг.2) дополнен светоделительной призмой 10, установленной между третьим компонентом и плоскостью изображения.

На фиг.3-5 приведены график функции передачи модуляции и графики аберраций рассчитанного апохроматического объектива.

Апохроматический объектив работает следующим образом:

световой поток, исходящий из бесконечно удаленной точки предмета, попадает на первую поверхность первого компонента 1 и проходит через склеенный дублет из двояковыпуклой линзы 4 и двояковогнутой линзы 5, а затем последовательно через склеенный второй компонент 2, где первой в склейке расположена положительная линза 6, а второй - отрицательная линза 7, и через третий компонент 3, выполненный в виде склеенных двояковыпуклой линзы 8 и двояковогнутой линзы 9, и образует изображение предмета в фокальной плоскости объектива.

При установленной светоделительной призме 10, световой поток проходит через нее и формирует изображение бесконечно удаленного предмета в двух разных плоскостях: одной, оптически связанной с гранью светоделительной призмы 10, выделяющей излучение в спектральном диапазоне чувствительности ПЗС-матрицы, и другой, оптически связанной с гранью светоделительной призмы 10 выделяющей излучение на длине волны излучения лазера.

В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице.

Радиус, мм Толщина, мм Марка материала n_D, υ_D Световой диаметр, мм R₁=218,159       73   d₁=12 TK21 n_D=1,6569 υ_D=51,1   R₂=-124,483       73   d₂=7,3 ТФ2 n_D=1,6727 υ_D=32,1   R₃=357,020       73   d₃=7,8       R₄=101,296       71   d₄=15 TK21 n_D=1,6569 υ_D=51,1   R₅=-101,296       71   d₅=7,1 CTK19 n_D=1,7441 υ_D=50,4   R₆=218,159       71   d₆=9,7       R₇=68,747       63   d₇=13 TK21 n_D=1,6569 υ_D=51,1   R₈=-182,329       63   d₈=6,1 ОФ1 n_D=1,5295 υ_D=51,7   R₉=43,439       50

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние f′=280 мм

относительное отверстие 1:4

угол поля зрения 2 ω=2°

Предлагаемый апохроматический объектив имеет высокое качество изображения, что подтверждается графиком функции передачи модуляции (фиг.3) - коэффициент передачи модуляции в спектральном диапазоне от 0,52 до 0,90 мкм на 200 лин/мм составляет не менее 0,3 для оси и не менее 0,25 для края поля зрения, графиком продольной хроматической аберрации (фиг.4) - хроматизм положения не более 70 мкм, кривизной поля и дисторсии (фиг.5) - астигматизм не более 15 мкм, дисторсия не более 0,02%.

Таким образом, достигнут технический результат - создан апохроматический объектив с увеличенным относительным отверстием, уменьшенным хроматизмом положения и уменьшенным остаточным астигматизмом и повышенной светосилой.

Объектив содержит по ходу луча три компонента. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений. Второй компонент выполнен в виде положительного мениска, склеенного из расположенной первой положительной линзы и отрицательной линзы. Третий компонент отрицательный, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Показатели преломления и коэффициенты средней дисперсии материалов линз удовлетворяют соотношениям, приведенным в формуле изобретения. Объектив может быть дополнен светоделительной призмой, установленной между третьим компонентом и плоскостью изображения. Технический результат - повышение светосилы при сохранении качества изображения путем подбора комбинации стекол и коррекции аберраций, обеспечивающей снижение хроматизма положения и исправления остаточного астигматизма. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Апохроматический объектив, содержащий по ходу луча три компонента, первый из которых выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, второй - в виде склеенного из двух линз мениска, одна из которых положительная, а другая - отрицательная, третий компонент отрицательный, содержащий положительную и отрицательную линзы, отличающийся тем, что мениск первого компонента выполнен в виде склеенного дублета из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент положительный и первая из линз положительная, а третий компонент - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, при этом показатели преломления и коэффициенты средней дисперсии материалов линз удовлетворяют соотношениям:
1,6>n_D1=n_D3=n_D5≥1,7
50≥υ_D1=υ_D3=υ_D5≥61
1,65≥n_D2≥1,76
26≥υ_D2≥33
1,7≥n_D4≥1,8
48≥υ_D4≥54
1,5≥n_D6≥1,6
50≥υ_D6≥54
где n_D1….6 - коэффициенты преломления материала 1-6 линз на длине волны соответствующей линии D спектра;
υ_D1….6 - число Аббе материала 1-6 линз для длины волны соответствующей линии D спектра.

2. Апохроматический объектив по п.1, отличающийся тем, что он дополнен светоделительной призмой, установленной между третьим компонентом и плоскостью изображения.