ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ Российский патент 2016 года по МПК G02B9/60 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может быть использовано в различных оптических системах, например в телескопических, в микроскопах и в других приборах, в том числе и в ИК-системах.

Известен окуляр Людевига, описанный в книге: Б.Л. Нефедов, «Методы решения задач по вычислительной оптике», «Машиностроение», Москва, 1966 г., Ленинград, стр. 157, табл. 17, который в обратном ходе лучей может быть использован в качестве объектива с вынесенным входным зрачком и состоит из пяти линз по ходу лучей: первой линзы - плосковогнутой, обращенной плоскостью к предмету и склеенной со второй линзой - двояковыпуклой, третьей линзы - одиночной двояковыпуклой, четвертой - положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и пятой - двояковогнутой. Однако данный объектив при фокусном расстоянии 20 мм имеет недостаточно большой задний фокальный отрезок 3,61 мм и имеет сложную конструкцию, т.к. содержит одну линзу из лантанового стекла.

Известен окуляр, описанный в патенте США №5726808, МКИ G02B 25/00; НКИ 359/645; опубл. 1998 г., который может быть использован в качестве объектива с вынесенным входным зрачком. Окуляр, являющийся наиболее близким аналогом, состоит из пяти линз по ходу лучей. Первая линза выполнена в виде одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, вторая - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету и склеенный с третьей линзой, двояковыпуклой, четвертая - двояковыпуклая, склеенная с пятой линзой, двояковогнутой. Однако данный объектив имеет малое фокусное расстояние 18,3 мм и, кроме того, данный объектив, пересчитанный на фокусное расстояние 21,44 мм для длины волны 656 нм с относительным отверстием 1:8,9, угловым полем в пространстве предметов 2W=50 град., при выносе входного зрачка на 12,06 мм перед первой поверхностью имеет недостаточно большой задний фокальный отрезок 8,12 мм и недостаточную технологичность, т.к. имеет одну асферическую оптическую поверхность.

Задачей заявляемого изобретения является создание объектива с вынесенным входным зрачком с улучшенными оптическими и технологическими характеристиками.

Технический результат - увеличение фокусного расстояния и заднего фокального отрезка при повышении технологичности и при сохранении высокого качества изображения.

Это достигается тем, что в объективе с вынесенным входным зрачком, состоящим из пяти линз по ходу лучей: первая из которых - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, вторая выполнена в виде мениска, третья - положительная линза, четвертая - двояковыпуклая, и пятая - отрицательная, отличающийся тем, что вторая линза выполнена положительной, обращенной вогнутостью к предмету, третья линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а пятая - в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, кроме того, все пять линз - одиночные, радиусы сферических поверхностей первых по ходу лучей поверхностей первых трех линз возрастают по модулю и радиусы сферических поверхностей вторых по ходу лучей поверхностей первых трех линз возрастают по модулю.

Помимо того, радиус первой оптической поверхности по ходу лучей по модулю может быть равен радиусу восьмой оптической поверхности по ходу лучей и радиус шестой оптической поверхности по ходу лучей по модулю может быть равен радиусу десятой оптической поверхности по ходу лучей.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива с вынесенным входным зрачком.

Объектив состоит из пяти одиночных линз по ходу лучей, первая из которых - положительный мениск 1, обращенный вогнутостью к предмету, вторая - положительный мениск 2, обращенный вогнутостью к предмету, третья - положительный мениск 3, обращенный вогнутостью к предмету, четвертая - двояковыпуклая линза 4, пятая - отрицательный мениск 5, обращенный выпуклостью к изображению. Радиусы сферических поверхностей первых по ходу лучей поверхностей первых трех менисков 1,2,3 возрастают по модулю и радиусы сферических поверхностей вторых по ходу лучей поверхностей этих линз возрастают по модулю. Помимо того, радиус первой оптической поверхности по ходу лучей по модулю может быть равен радиусу восьмой оптической поверхности по ходу лучей и радиус шестой оптической поверхности по ходу лучей по модулю может быть равен радиусу десятой оптической поверхности по ходу лучей.

Объектив работает следующим образом. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4, 5 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).

В соответствии с предложенным решением рассчитаны два варианта исполнения пятилинзового объектива с вынесенным входным зрачком, исправленные в спектральном диапазоне от 600 нм до 700 нм. Конструктивные параметры объектива по первому варианту исполнения приведены в табл. 1, а по второму варианту исполнения - в таблице 2.

Входной зрачок расположен на расстоянии 12,06 мм перед первой оптической поверхностью.

Характеристики рассчитанного объектива по первому варианту исполнения:

фокусное расстояние 21,44 мм относительное отверстие 1:8,9 угловое поле в пространстве предметов 50 град. расстояние до плоскости наилучшей установки 11,65 мм

Характеристики рассчитанного объектива по второму варианту исполнения:

фокусное расстояние 21,44 мм относительное отверстие 1:8,9 угловое поле в пространстве предметов 50 град. расстояние до плоскости наилучшей установки 11,7 мм

Рассчитанные объективы с вынесенным входным зрачком по первому и второму варианту исполнения имеют аберрации для λ=656 нм, приведенные в табл. 3.

Объектив по сравнению с ближайшим аналогом имеет большее значение фокусного расстояния, равное 21,44 мм, и заднего фокального отрезка не менее 11,65 мм и имеет повышенную технологичность, т.к. не содержит асферических оптических поверхностей. Предлагаемый объектив имеет также высокое качество изображения, что следует из табл. 3.

Таким образом, в результате предложенного решения создан объектив с вынесенным входным зрачком с увеличенным фокусным расстоянием и задним фокальным отрезком при высоком качестве изображения, достигаемого при использовании всех линз со сферическими поверхностями.

Объектив может быть использован в оптических системах, например в телескопических, в микроскопах и в других приборах, в том числе и в ИК - системах. Объектив состоит из пяти одиночных линз по ходу лучей, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, третья - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертая - двояковыпуклая линза, пятая - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению. Радиусы сферических поверхностей первых по ходу лучей поверхностей первых трех линз возрастают по модулю. Радиусы сферических поверхностей вторых по ходу лучей поверхностей первых трех линз возрастают по модулю. Технический результат - увеличение фокусного расстояния и заднего фокального отрезка при повышении технологичности и при сохранении высокого качества изображения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Объектив с вынесенным входным зрачком, состоящий из пяти линз по ходу лучей: первая из которых - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, вторая выполнена в виде мениска, третья - положительная линза, четвертая - двояковыпуклая и пятая - отрицательная, отличающийся тем, что вторая линза выполнена положительной, обращенной вогнутостью к предмету, третья линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а пятая - в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, кроме того, все пять линз - одиночные, радиусы сферических поверхностей первых по ходу лучей поверхностей первых трех линз возрастают по модулю и радиусы сферических поверхностей вторых по ходу лучей поверхностей первых трех линз возрастают по модулю.

2. Объектив с вынесенным входным зрачком по п. 1, отличающийся тем, что радиус первой оптической поверхности по ходу лучей по модулю равен радиусу восьмой оптической поверхности по ходу лучей и радиус шестой оптической поверхности по ходу лучей по модулю равен радиусу десятой оптической поверхности по ходу лучей.