ДВУХЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2016 года по МПК G02B9/10 G02B11/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, в частности в астрономических телескопах, коллиматорах и аналогичных системах.

Известен двухлинзовый объектив (патент РФ №2384868 С1, опубл. 20.03.2010 г.), состоящий из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, для которого выполняются соотношения:

1,41<n₁<1,619;

1,54<n₂<1,79,

где R₁, R₂, R₃ - радиусы первой, второй и третьей оптических поверхностей; n₁, n₂ - показатели преломления материала первой и второй линз для линии е. Объектив имеет фокусное расстояние в пределах 899,84-1002,45 мм, что не всегда достаточно для ряда применений (например, в астрономических телескопах).

Известен двухлинзовый объектив (патент РФ №32892 U1, опубл. 27.09.2003 г.), состоящий из расположенных по ходу луча отрицательной линзы с первой асферической поверхностью и положительной линзы, для которого выполняются соотношения:

φ₁=(2-3)φ_ОБ;

φ₂=(3-4)φ_ОБ,

где φ₁, φ₂, φ_ОБ - оптические силы первой, второй линз и объектива соответственно, при этом воздушный промежуток между линзами составляет достаточно большую величину, равную (0,003-0,01)/φ_ОБ.

Асферичность первой поверхности объектива делает его сложным и малотехнологичным.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является двухлинзовый объектив (заявка Японии 1994000271872, опубл. 30.04.1996 г.), состоящий из расположенных по ходу луча отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету и двояковыпуклой линзы со сферическими поверхностями, для которого выполняются соотношения:

0,8<R_l/R₂<2,0;

0,6<R₁/R₄<2,0;

0,2<d₂/f′<1,0,

где d₂ - воздушный промежуток между линзами; f′ - фокусное расстояние объектива.

Объектив обеспечивает хорошее исправление аберраций только при очень небольших значениях фокусного расстояния (порядка 1 мм), что явно недостаточно для

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технических и эксплуатационных характеристик объектива, а также повышение технологичности. использования, например, в качестве объектива телескопа или коллиматора.

Поставленная задача решается тем, что в двухлинзовом объективе, состоящем из расположенных по ходу лучей отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, в отличие от известного, имеют место соотношения:

2,0<R₁/R₂<3,0;

0,9<R₂/R₃<1,1;

d₂/f′<0,002,

где R₁, R₂, R₃, R₄ - радиусы поверхностей линз объектива; d₂ - воздушный промежуток между линзами; f′ - фокусное расстояние объектива; ν₁ и ν₂ - коэффициенты дисперсии стекла первой и второй линз объектива соответственно; р₁ и р₂ - относительные частные дисперсии стекла первой и второй линз объектива соответственно.

Целесообразно выполнить радиусы второй и третьей поверхностей R₂ и R₃ концентричными.

Применение приведенных выше соотношений радиусов кривизны, в сочетании с соотношением оптических констант материалов (коэффициентов дисперсии и относительных частных дисперсий) линз? позволяет наряду с монохроматическими аберрациями объектива минимизировать хроматизм положения и вторичный спектр, что улучшает главную техническую характеристику - увеличивает фокусное расстояние (на 20-30% по сравнению с аналогом - патентом РФ №2384868 С1) при обеспечении высокого качества изображения. Малый по отношению к фокусному расстоянию воздушный промежуток между линзами обеспечивает уменьшение времени выравнивания температуры объектива с температурой окружающей среды. Выполнение всех поверхностей линз сферическими и близость значений радиусов второй и третьей поверхностей повышает технологичность.

На чертеже представлена оптическая схема объектива.

Объектив состоит из расположенных по ходу лучей отрицательного мениска 1, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы 2. Линзы 1 и 2 выполнены из оптического стекла и имеют сферические поверхности.

Одна из возможных технических реализаций объектива (конструктивные параметры первого исполнения объектива) в соответствии с предложенным решением приведена в таблице 1, где ν_e - коэффициент дисперсии стекла; p_F′-e - относительная частная дисперсия стекла; n_g, n_F′, n_e, n_C′, - показатели преломления стекла для линий g, F′, е, С′ соответственно.

Характеристики рассчитанного объектива:

- диаметр входного зрачка 152 мм;

- фокусное расстояние 1200,2 мм;

- относительное отверстие 1:8;

- угол поля зрения 1°.

Объектив исправлен для видимой области спектра и может быть использован, например, в качестве объектива астрономического телескопа, объектива коллиматора или в других приборах, где требуется хорошее исправление аберраций, прежде всего, вблизи оптической оси.

В объективе имеют место соотношения:

R₁/R₂=2,17, т.е. находится в заявленных пределах 2,0…3,0;

т.е. меньше 0,08;

R₂/R₃=1,011, т.е. находится в заявленных пределах 0,9…1,1;

d₂/f′=0,0004, т.е. меньше 0,002;

т.е. больше 34;

т.е. меньше 0,001.

В предложенной схеме минимизирован вторичный спектр, что позволяет существенно увеличить фокусное расстояние объектива. Это необходимо, в частности, для применения в астрономических телескопах.

Так, в точке на оси системы в единой плоскости установки волновая аберрация имеет следующие значения (в длинах волн λ):

- для линии g - 0,636 λ;

- для линии F′ - 0,239 λ;

- для линии е - 0,035 λ;

- для линии С′ - 0,201 λ,

что обеспечивает высокое качество изображения.

Малый воздушный промежуток позволяет минимизировать объем воздуха между линзами объектива, поэтому в трубе телескопа, где первая линза имеет непосредственный контакт с окружающим воздухом, а вторая изолирована, выравнивание температуры линз происходит быстрее при меньшей толщине воздушного слоя, который является изолятором.

Поскольку одна из линз выполнена из материала менее стойкого к влажной атмосфере (например, для второй линзы использовано стекло марки ОК4), то выбранная конфигурация схемы, в которой этот материал использован для второй по ходу лучей линзы, при использовании в телескопе позволяет проще изолировать ее от вредного воздействия влажности окружающей среды, поскольку с одной стороны она защищается первой линзой, а со второй - трубой телескопа.

Другая возможная техническая реализация объектива в соответствии с предложенным решением приведена в таблице 2, где представлены конструктивные параметры второго исполнения объектива.

Характеристики рассчитанного второго исполнения объектива те же:

- диаметр входного зрачка 152 мм;

- фокусное расстояние 1200,2 мм;

- относительное отверстие 1:8;

- угол поля зрения 1°.

Аберрационная коррекция объектива находится на уровне первого исполнения.

В объективе имеют место соотношения:

R₁/R₂=2,17; R₂/R₃=1,009; d₂/f′=0,0015;

В данном исполнении объектива радиусы второй и третьей поверхностей R₂ и R₃ концентричны (то есть R₂=R₃+d₂). Это позволяет осуществлять контроль правильности юстировки объектива простым и наглядным автоколлимационным методом, одновременно наблюдая автоколлимационные изображения второй и третьей поверхности, а собственно юстировку осуществлять, совмещая эти изображения подвижками линз.

В обоих вариантах объектив выполнен со сферическими поверхностями, что обеспечивает возможность его промышленного изготовления.

Объектив состоит из расположенных по ходу лучей отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, с соотношениями: 2,0<R₁/R₂<3,0; 0,9<R₂/R₃<1,1; d₂/f′<0,002; где R₁, R₂, R₃, R₄ - радиусы первой, второй, третьей и четвертой поверхностей линз по ходу лучей соответственно; d₂ - воздушный промежуток между линзами; f′ - фокусное расстояние; ν₁ и ν₂ - коэффициенты дисперсии стекла первой и второй линз соответственно; р₁ и р₂ - относительные частные дисперсии стекла первой и второй линз соответственно. Технический результат - увеличение фокусного расстояния при обеспечении высокого качества изображения, повышение эксплуатационных характеристик за счет сокращения времени выравнивания температуры линз объектива с температурой окружающей среды, повышение технологичности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Двухлинзовый объектив, состоящий из расположенных по ходу лучей отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, отличающийся тем, что в нем имеют место соотношения:
2,0<R₁/R₂<3,0,
|R₁/R₄|<0,08,
0,9<R₂/R₃<1,1,
d₂/f′<0,002,
|ν₁-ν₂|>34,
|p₁-p₂|<0,001,
где R₁, R₂, R₃, R₄, - радиусы первой, второй, третьей и четвертой поверхностей линз объектива по ходу лучей соответственно; d₂ -воздушный промежуток между линзами; f′ - фокусное расстояние объектива; ν₁ и ν₂ - коэффициенты дисперсии стекла первой и второй линз объектива соответственно; p₁ и p₂ - относительные частные дисперсии стекла первой и второй линз объектива соответственно.

2. Двухлинзовый объектив по п. 1, отличающийся тем, что радиусы второй и третьей поверхностей R₂ и R₃ по ходу лучей концентричны.