ТЕЛЕОБЪЕКТИВ Российский патент 2017 года по МПК G02B13/02 G02B9/10 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических, например в визуальных телескопических, а также в ИК-оптических системах.

Известен телефотообъектив, описанный в патенте US №2327759, НКИ 359-748, опубликованный в 1943 г., представленный на фиг. 1, содержащий два компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный, состоящий из двух склеенных одиночных линз - двояковыпуклой и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению; а второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету. При этом фокусное расстояние объектива 100 мм, относительное отверстие 1:3,7, угол поля зрения 7 град, длина оптической системы (расстояние от первой до последней оптических поверхностей) 66,7 мм, задний фокальный отрезок 23,1 мм, коэффициент укорочения телеобъектива равен К_т=0,898.

Выполнены соотношения

n₁=1,516 ϑ₁=64 n₂=1,617 ϑ₂=36,6 n₃=1,516 ϑ₃=64

где d_в - величина воздушного промежутка между первым и вторым компонентами;

d - длина объектива;

d₃ - толщина третьей линзы;

- фокусное расстояние всего объектива;

- задний фокальный отрезок;

R₁, R₂, R₃, R₄ - радиусы первой, второй, четвертой и пятой оптических поверхностей;

n₁, ϑ₁ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала первой линзы;

n₂, ϑ₂ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала второй линзы;

n₃, ϑ₃ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала третьей линзы.

Однако данный телеобъектив имеет большой коэффициент укорочения телеобъектива, большое отношение длины объектива (расстояния от первой до последней оптических поверхностей) к фокусному расстоянию, малое отношение заднего фокального отрезка к фокусному расстоянию, которое не позволяет располагать за телеобъективом призму (или призмы) со значительной длиной хода лучей в стекле (крупногабаритные).

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является телеобъектив, описанный в патенте RU №2302651, МПК G02B 13/02, G02B 9/06, опубликованный 10.07.2007 г., содержащий два компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный, состоящий из склеенных двояковыпуклой и вогнутоплоской линз, второй компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, показатель преломления материала второго компонента менее 1,55, за вторым компонентом введен оптический преломляющий элемент с плоскими поверхностями.

Для телеобъектива выполнены следующие соотношения:

1,42<n₁<1,5 66<ϑ₁<98 1,619<n₂<1,67 33<ϑ₂<36,4

где d_В - величина воздушного промежутка между первым и вторым компонентами;

d₃ - толщина третьей линзы;

- фокусное расстояние всего объектива;

R₁, R₂, R₄, R₅ - радиусы первой, второй, четвертой и пятой оптических поверхностей;

n₁, ϑ₁ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала первой линзы;

n₂, ϑ₂ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала второй линзы.

Оптический преломляющий элемент с плоскими поверхностями может быть выполнен в виде призмы (или призм) или плоскопараллельной пластины (или пластин), причем выполняется условие

где d₄ - суммарная длина оптического хода лучей в оптическом элементе.

Однако данный телеобъектив имеет большое отношение длины объектива (расстояния от первой до последней оптических поверхностей) к фокусному расстоянию, равное 0,373, малое отношение заднего фокального отрезка к фокусному расстоянию, равное 0,423, и недостаточное угловое поле в пространстве предметов 2W=6 град.

Задачей заявленного изобретения является создание телеобъектива с улучшенными эксплуатационными и техническими характеристиками при высоком качестве изображения.

Технический результат - уменьшение отношения длины объектива к фокусному расстоянию, увеличение отношения заднего фокального отрезка к фокусному расстоянию и увеличение углового поля в пространстве предметов при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в телеобъективе, содержащем два компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный, состоящий из двух склеенных линз - двояковыпуклой и отрицательной, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, и показатель преломления материала второго компонента менее 1,55, в отличие от известного, отрицательная линза первого компонента выполнена двояковогнутой и, кроме того, выполняются условия

1,5<n₁<1,6 46<ϑ₁<66 1,67<n₂<1,77 21<ϑ₂<33

где d_B - величина воздушного промежутка между первым и вторым компонентами;

- фокусное расстояние всего объектива;

R₁, R₂ - радиусы первой и второй оптических поверхностей;

n₁, ϑ₁ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала первой линзы;

n₂, ϑ₂ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала второй линзы.

Кроме того, может выполняться условие: 64,5<ϑ₃<100,

где ϑ₃ - коэффициент дисперсии для линии D материала третьей линзы.

На фигуре представлена оптическая схема предложенного телеобъектива.

Телеобъектив (см. чертеж) состоит из двух последовательно расположенных по ходу лучей от предмета компонентов и двух плоскопараллельных пластин, первый из компонентов состоит из двух склеенных линз - двояковыпуклой 1 и двояковогнутой 2, а второй компонент - отрицательный мениск 3, обращенный вогнутостью к предмету и плоскопараллельных пластин 4 и 5. Причем плоскопараллельная пластина 5 может также являться защитным стеклом.

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 и 3, а затем через плоскопараллельные пластины 4 и 5, образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).

Предложенная оптическая система может также работать как объектив коллиматора в обратном ходе лучей.

Входной зрачок (апертурная диафрагма) расположен на первой поверхности, но она может находиться и в другом месте.

В соответствии с предложенным решением рассчитаны два варианта телеобъективов, исправленных в спектральном диапазоне от 480 нм до 660 нм, причем основная расчетная длина волны λ=546 нм.

Конструктивные параметры телеобъектива по первому варианту исполнения приведены в таблице 1.

Характеристики рассчитанного объектива по первому варианту исполнения:

фокусное расстояние f' 167,91 мм относительное отверстие 1:5,6 угол поля зрения 8 град длина оптической системы объектива (расстояние от первой до последней оптических поверхностей) 58,9 мм задний фокальный отрезок 75 мм коэффициент укорочения телеобъектива К_т 0,797 отношение длины объектива (расстояния от первой до последней оптических поверхностей) к фокусному расстоянию 0,351 отношение заднего фокального отрезка к фокусному расстоянию 0,447

Для первого варианта исполнения телеобъектива выполнены следующие условия:

n₁=1,5163 ϑ₁=64,05 n₂=1,6893 ϑ₂=31,12 n₃=1,5163 ϑ₃=64,05

Конструктивные параметры телеобъектива по второму варианту исполнения приведены в таблице 2.

Характеристики рассчитанного объектива по второму варианту исполнения:

фокусное расстояние f' 167,89 мм относительное отверстие 1:5,6 угол поля зрения 8 град длина оптической системы объектива (расстояние от первой до последней оптических поверхностей) 58,8 мм задний фокальный отрезок 75,11 мм коэффициент укорочения телеобъектива К_т 0,798 отношение длины объектива (расстояния от первой до последней оптических поверхностей) к фокусному расстоянию 0,35 отношение заднего фокального отрезка к фокусному расстоянию 0,447

Для второго варианта исполнения телеобъектива выполнены следующие условия:

n₁=1,5163 ϑ₁=64,05 n₂=1,6893 ϑ₂=31,12 n₃=1,4874 ϑ₃=70,02

В таблице 3 приведены аберрации для λ=546 нм первого и второго рассчитанных вариантов телеобъектива.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан телеобъектив с уменьшенным отношением длины объектива к фокусному расстоянию, увеличенным отношением заднего фокального отрезка к фокусному расстоянию и увеличенным угловым полем в пространстве предметов при высоком качестве изображения.

Телеобъектив состоит из двух компонентов, первый из которых состоит из двух склеенных линз - двояковыпуклой и двояковогнутой, а второй компонент – одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету. В телеобъективе выполняются указанные в формуле изобретения соотношения между величиной воздушного промежутка между первым и вторым компонентами, фокусным расстоянием объектива, радиусами первой и второй оптических поверхностей, показателями преломления и коэффициентами дисперсии для линии D материала первой, второй и третьей линз. Технический результат - уменьшение отношения длины объектива к фокусному расстоянию, увеличение отношения заднего фокального отрезка к фокусному расстоянию и увеличение углового поля в пространстве предметов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Телеобъектив, содержащий два компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный, состоящий из двух склеенных линз - двояковыпуклой и отрицательной, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, и показатель преломления материала второго компонента менее 1,55, отличающийся тем, что отрицательная линза первого компонента выполнена двояковогнутой и, кроме того, выполняются условия

1,5<n₁<1,6

1,67<n₂<1,77

46<ϑ₁<66

27<ϑ₂<33,

где d_в - величина воздушного промежутка между первым и вторым компонентами;

- фокусное расстояние всего объектива;

R₁, R₂ - радиусы первой и второй оптических поверхностей;

n₁, ϑ₁ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала первой линзы;

n₂, ϑ₂ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала второй линзы.

2. Телеобъектив по п. 1, отличающийся тем, что выполняется условие 64,5<ϑ₃<100,

где ϑ₃ - коэффициент дисперсии для линии D материала третьей линзы.