СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2020 года по МПК G02B9/34 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, в частности, работающих с телевизионной ПЗС-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 данный объектив имеет недостаточное относительное отверстие 1:1,5.

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 - выпуклоплоской линзы, второго - положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, третьего - плосковогнутой линзы и четвертого - склеенной положительной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Причем, показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы склеенного компонента больше показателя преломления материала отрицательного мениска этого компонента. Кроме того, радиус первой по ходу лучей оптической поверхности четвертого компонента по модулю меньше радиуса последней оптической поверхности четвертого компонента. Однако данный объектив имеет недостаточное относительное отверстие 1:1,5.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками при высоком качестве изображения.

Технический результат - повышение относительного отверстия при высоком качестве изображения.

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 оптической поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов и радиусом первой оптической поверхности по модулю меньшим радиуса второй оптической поверхности, второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы со второй оптической поверхностью, обращенной к изображению и радиусом первой оптической поверхности по модулю большим радиуса второй оптической поверхности, а четвертый компонент - в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, в отличие от известного, первый компонент выполнен двояковыпуклым, третий компонент выполнен двояковогнутым, причем, показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы склеенного компонента меньше показателя преломления материала отрицательного мениска этого компонента.

Кроме того, радиус первой по ходу лучей оптической поверхности четвертого компонента по модулю может быть больше радиуса последней оптической поверхности четвертого компонента, и могут иметь место условия:

1,63 < n₁ <1,9;

1,63 < n₂ < 1,9;

n₁ = n₂ = n₄;

1,66 < n₅ < 2,1,

где n₁, n₂, n₄, n₅ - показатели преломления материалов первой, второй, четвертой и пятой линз по ходу лучей для линии спектра е.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного светосильного объектива.

Светосильный объектив (см. чертеж) состоит из пяти линз в четырех компонентах. Первый компонент по ходу лучей выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы 1 с 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 одиночной двояковогнутой линзы 3, причем радиус первой поверхности линзы 3 по модулю больше радиуса ее второй поверхности. Четвертый компонент выполнен в виде положительной линзы, склеенной по ходу лучей из двояковыпуклой линзы 4 и отрицательного мениска 5, обращенного вогнутостью к предмету. За мениском 5 расположен светофильтр 6, за которым расположена плоскопараллельная пластина 7, которая может быть выполнена в виде защитного стекла приемника оптического излучения, например, телевизионной ПЗС-матрицы (не показан). Причем, показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы 4 склеенного компонента меньше показателя преломления материала отрицательного мениска 5 этого компонента. Кроме того, радиус первой по ходу лучей оптической поверхности линзы 4 по модулю может быть больше радиуса последней оптической поверхности линзы 5. Имеют место условия: 1,63 < n₁ < 1,9; 1,63 < n₂ < 1,9; n₁ = n₂ = n₄; 1,66 < n₅ <2,1, где: n₁, n₂, n₄, n₅ - показатели преломления материалов первой, второй, четвертой и пятой линз по ходу лучей для линии спектра е.

Предложенная оптическая система (см. чертеж) 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, светофильтр 6, плоскопараллельную пластину 7 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения, например, телевизионная матрица (не показан).

В соответствие с предложенным решением рассчитаны три варианта конкретного исполнения предлагаемого светосильного объектива, исправленные в спектральном диапазоне от 628 нм до 900 нм, для основной длины волны 766,49 нм.

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

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 100,21 мм задний фокальный отрезок 21,2 мм задний фокальный отрезок без учета светофильтра и плоскопараллельной пластины 51,65 мм относительное отверстие 1: 1,43 угловое поле в пространстве предметов 5 град. 42 мин

Апертурная диафрагма находится на расстоянии 5,4 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте.

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

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 100,24 мм задний фокальный отрезок 29,03 мм задний фокальный отрезок без учета светофильтра и плоскопараллельной пластины 51,64 мм относительное отверстие 1: 1,43 угловое поле в пространстве предметов 5 град. 42 мин

Апертурная диафрагма находится на расстоянии 5,4 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте.

Конструктивные параметры предложенного объектива по третьему варианту исполнения приведены в таблице 3.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 99,8 мм задний фокальный отрезок 20,5 мм задний фокальный отрезок без учета светофильтра и плоскопараллельной пластины 50,95 мм относительное отверстие 1:1,43 угловое поле в пространстве предметов 5 град. 42 мин

Апертурная диафрагма находится на расстоянии 5,4 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте.

В табл. 4 приведены аберрации для длины волны 766,49 нм всех трех вариантов предложенного светосильного объектива.

Таким образом, обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив с повышенным относительным отверстием при высоком качестве изображения.

Изобретение может быть использовано в оптических системах, в частности, работающих с телевизионной ПЗС-матрицей. Светосильный объектив состоит из четырех компонентов, из которых первый - одиночная двояковыпуклая линза с первой оптической поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов, и радиусом первой оптической поверхности, по модулю меньшим радиуса второй оптической поверхности, второй компонент - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, третий компонент - одиночная двояковогнутая линза с радиусом первой оптической поверхности, по модулю большим радиуса второй оптической поверхности, а четвертый компонент - в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы склеенного компонента меньше показателя преломления материала отрицательного мениска этого компонента. Технический результат - повышение относительного отверстия при высоком качестве изображения. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

1. Светосильный объектив, состоящий из четырех компонентов, из которых первый со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной положительной линзы с первой оптической поверхностью, обращенной выпуклостью к пространству предметов, и радиусом первой оптической поверхности, по модулю меньшим радиуса второй оптической поверхности, второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы со второй оптической поверхностью этой линзы, обращенной к изображению, и радиусом первой оптической поверхности этой линзы, по модулю большим радиуса второй оптической поверхности этой линзы, а четвертый компонент - в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, отличающийся тем, что первый компонент выполнен двояковыпуклым, третий компонент выполнен двояковогнутым, причем, показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы склеенного компонента меньше показателя преломления материала отрицательного мениска этого компонента.

2. Светосильный объектив по п. 1, отличающийся тем, что радиус первой по ходу лучей оптической поверхности четвертого компонента по модулю больше радиуса последней оптической поверхности четвертого компонента.

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

1,63 < n₁ < 1,9.

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

1,63 < n₂ < 1,9.

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

n₁=n₂=n₄.

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

1,66 < n₅ < 2,1,

где n₁, n₂, n₄, n₅ - показатели преломления материалов первой, второй, четвертой и пятой линз по ходу лучей для линии спектра е.