СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2018 года по МПК G02B9/34 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, в частности, работающих с приемной телевизионной матрицей.

Известен светосильный объектив для ближней ИК-области спектра, описанный в свидетельстве на полезную модель RU №18202, МПК G02B 13/14; 9/34; 9/52, опубл. 27.05.2001 г., состоящий по ходу лучей из четырех компонентов. Первый компонент - положительная линза. Второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Третий - отрицательная линза. Четвертый - двусклеенный, состоящий из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. За четвертым компонентом расположен светофильтр, выполненный в виде плоскопараллельной пластины. Однако объектив имеет сложную конструкцию, так как кроме четырех компонентов содержит еще и светофильтр.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив для ближней ИК-области спектра, описанный в патенте RU №2052840, МПК G02B 13/14; 9/34, опубл. 20.01.1996 г., состоящий из четырех компонентов: первого - выпукло-плоской линзы, второго - положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, третьего - плоско-вогнутой линзы, и четвертого - склеенной положительной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Однако данный объектив имеет недостаточное угловое поле в пространстве предметов 2W=16° и недостаточную технологичность, так как все сферические оптические поверхности выполнены с разными по модулю радиусами.

Задачей изобретения является создание светосильного объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - увеличение углового поля в пространстве предметов при высоком качестве изображения и повышенной технологичности.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из четырех компонентов, из которых первый со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной положительной линзы с первой поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов, и радиусом первой поверхности по модулю, меньшим радиуса второй поверхности, второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы, а четвертый компонент - в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы и отрицательной линзы, причем показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы склеенного компонента больше показателя преломления оптического материала отрицательной линзы этого компонента, в отличие от известного третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к предмету, а отрицательная линза четвертого компонента выполнена двояковогнутой.

Кроме того, может иметь место условие:

|R₃|=|R₇|=|R₈|,

где R₃, R₇, R₈ - радиусы кривизны третьей, седьмой и восьмой оптических поверхностей по ходу лучей.

Кроме того, может иметь место условие:

1,54<n₃<1,79,

где n₃ - показатель преломления оптического материала третьего компонента для линии е.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного светосильного объектива.

Светосильный объектив состоит из пяти линз в четырех компонентах. Первый компонент по ходу лучей выполнен в виде одиночной положительной линзы 1 с первой поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов, и радиусом первой поверхности по модулю, меньшим радиуса второй поверхности. Второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска 2, обращенного выпуклостью к предмету. Третий компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска 3, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов. Четвертый компонент выполнен в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы 4 и двояковогнутой линзы 5, причем показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы 4 склеенного компонента больше показателя преломления оптического материала отрицательной линзы 5 этого компонента. Кроме того, могут иметь место условия:

|R₃|=|R₇|=|R₈| и 1,54<n₃<1,79,

а апертурная диафрагма может совпадать с первой оптической поверхностью линзы 3, но может находиться и в другом месте, например между линзой 3 и линзой 4.

Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив. 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, например телевизионная матрица (не показан).

В соответствии с предложенным решением рассчитаны два варианта конструкции светосильного объектива, исправленные в спектральном диапазоне от 600 до 660 нм для основной длины волны 640 нм.

Конструктивные параметры предложенного объектива по первому варианту приведены в таблице 1.

Характеристики рассчитанного объектива по первому варианту:

фокусное расстояние 57,5 мм задний фокальный отрезок 13,22 мм относительное отверстие 1:2,6 угловое поле в пространстве предметов 20 град.

В предложенном объективе по первому варианту исполнения имеется равенство по модулю радиусов трех сферических поверхностей.

Конструктивные параметры предложенного объектива по второму варианту исполнения приведены в таблице 2.

Характеристики рассчитанного объектива по второму варианту:

фокусное расстояние 57,4 мм задний фокальный отрезок 13,19 мм относительное отверстие 1:2,6 угловое поле в пространстве предметов 20 град.

В таблице 3 приведены аберрации для длины волны 640 нм предложенного светосильного объектива по первому и второму вариантам исполнения.

Таким образом, обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив с увеличенным угловым полем в пространстве предметов при высоком качестве изображения и повышенной технологичности.

Изобретение может быть использовано в оптических системах, в частности, работающих с приемной телевизионной матрицей. Светосильный объектив состоит из четырех компонентов. Первый компонент со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной положительной линзы с первой поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов, и с радиусом по модулю, меньшим радиуса второй поверхности. Второй - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов. Третий компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, и четвертый компонент - положительная линза, склеенная по ходу лучей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Показатель преломления материала двояковыпуклой линзы склеенного компонента больше показателя преломления материала отрицательной линзы этого компонента. Технический результат - увеличение углового поля в пространстве предметов при высоком качестве изображения и повышенной технологичности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Светосильный объектив, состоящий из четырех компонентов, из которых первый со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной положительной линзы с первой поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов, и радиусом первой поверхности по модулю, меньшим радиуса второй поверхности, второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы, а четвертый компонент - в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой и отрицательной линз, причем показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы склеенного компонента больше показателя преломления оптического материала отрицательной линзы этого компонента, отличающийся тем, что третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, а отрицательная линза четвертого компонента выполнена двояковогнутой.

2. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что имеет место условие:

⎪R₃⎪=⎪R₇⎪=⎪R₈⎪,

где R₃, R₇, R₈ - радиусы кривизны третьей, седьмой и восьмой оптических поверхностей по ходу лучей.

3. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что имеет место условие:

1,54<n₃<1,79,

где n₃ - показатель преломления оптического материала третьего компонента для линии е.