СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2020 года по МПК G02B9/60 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, работающих, как в видимом, так и в инфракрасном диапазонах спектра, в частности в телекамерах, работающих с приемной матрицей.

Известен светосильный объектив, описанный в патенте RU №2351967, МПК G02B 9/60, 11/30, 13/14, опубл. 10.04.2009 г., состоящий по ходу лучей из четырех компонентов. Первый компонент - положительный и выполнен из одиночных двояковыпуклой и вогнутоплоской линз. Второй - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к изображению. Третий - положительный, склеенный из двояковыпуклой и вогнутоплоской линз. Четвертый - обращенный вогнутостью к изображению положительный мениск, у которого радиус кривизны выпуклой поверхности больше радиуса кривизны вогнутой поверхности. В первом компоненте радиус кривизны второй поверхности двояковыпуклой линзы по модулю больше радиуса кривизны первой поверхности отрицательной линзы, а радиус кривизны выпуклой поверхности мениска второго компонента равен радиусу кривизны первой поверхности отрицательной линзы первого компонента. Каждая двояковыпуклая линза первого и третьего компонентов симметричная и выполнена из одного материала. Однако данный светосильный объектив имеет недостаточное относительное отверстие 1:1,1 и недостаточно большой спектральный диапазон рабочих длин волн от 650 нм до 900 нм.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив, описанный в патенте RU №2396581, МПК G02B 9/60, 13/14, опубл. 10.08.2010 г., состоящий из четырех компонентов. Первый компонент выполнен из одиночных двояковыпуклой и вогнутоплоской линз, второй - одиночная плосковыпуклая линза, обращенная плоскостью к предмету, третий - положительный, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, четвертый - обращенный вогнутостью к изображению положительный мениск, у которого радиус кривизны выпуклой поверхности больше радиуса кривизны вогнутой поверхности. В первом компоненте радиус кривизны второй поверхности двояковыпуклой линзы по модулю больше радиуса кривизны первой поверхности вогнутоплоской линзы. Каждая двояковыпуклая линза выполнена симметричной. Показатель преломления четвертого компонента более 1,64 и менее 1,9 для линии е, показатель преломления двояковыпуклой линзы третьего компонента более 1,56 и менее 1,63 для линии е и менее показателя преломления двояковыпуклой линзы первого компонента. Выполняется условие:

где: - фокусное расстояние объектива;

d₄ - расстояние между первым и вторым компонентами.

Однако данный светосильный объектив имеет недостаточное относительное отверстие 1:1,08 и недостаточно большой спектральный диапазон рабочих длин волн от 650 нм до 900 нм.

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

Технический результат - повышение относительного отверстия и увеличение спектрального диапазона рабочих длин волн при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из четырех компонентов, первый из которых по ходу лучей выполнен из одиночных двояковыпуклой и отрицательной линз, второй компонент - одиночная положительная линза, третий компонент - склеенный из двояковыпуклой и отрицательной линз, четвертый компонент - обращенный вогнутостью к изображению одиночный мениск, у которого радиус кривизны выпуклой поверхности больше радиуса кривизны вогнутой поверхности, причем, двояковыпуклая линза третьего компонента выполнена симметричной, в отличие от известного, отрицательная линза первого компонента выполнена двояковогнутой, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, отрицательная линза третьего компонента выполнена двояковогнутой и имеют место условия:

|R₁|=|R₃|; |R₂|=|R₅|=|R₉|; |R₁|<|R₂|,

где: Ri - радиус кривизны i - сферической оптической поверхности по ходу лучей.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного светосильного объектива. Светосильный объектив состоит из шести линз в четырех компонентах. Первый компонент по ходу лучей состоит из одиночных двояковыпуклой линзы 1 и двояковогнутой линзы 2. Второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 3. Третий компонент - склеенный из двояковыпуклой линзы 4 и двояковогнутой линзы 5. Двояковыпуклая линза 4 выполнена симметричной с равными по модулю радиусами кривизны обеих поверхностей |R₇|=|R₈|. Четвертый компонент - обращенный вогнутостью к изображению одиночный мениск 6, у которого радиус кривизны выпуклой поверхности R₁₀ больше радиуса кривизны R₁₁ вогнутой поверхности. За мениском 6 расположен светофильтр 7, а за ним - плоскопараллельная пластина 8, которая может быть защитным стеклом. Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 3 мм перед линзой 3, но может находиться и в другом месте.

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, 6, светофильтр 7 и плоскопараллельную пластину 8 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан). В соответствии с предложенным решением рассчитана конструкция светосильного объектива, исправленного в спектральном диапазоне от 650 до 1000 нм для основной длины волны 766,49 нм.

В табл. 1 приведены аберрации для длины волны 766,49 нм предложенного светосильного объектива.

Конструктивные параметры предложенного светосильного объектива приведены в таблице 2.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 67,09 мм задний фокальный отрезок 4,865 мм относительное отверстие 1: 0,99 угловое поле в пространстве предметов 5 град. 13 мин.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив с повышенным относительным отверстием 1:0,99, работающий в спектральном диапазоне от 650 нм до 1000 нм.

Объектив может быть использован в оптических системах, работающих как в видимом, так и в инфракрасном диапазонах спектра, в частности в телекамерах, работающих с приемной матрицей. Светосильный объектив состоит из четырех компонентов. Первый компонент выполнен из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент - одиночная двояковыпуклая линза, третий компонент - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, четвертый компонент - обращенный вогнутостью к изображению одиночный мениск, у которого радиус кривизны выпуклой поверхности больше радиуса кривизны вогнутой поверхности. Выполняются соотношения: |R₁|=|R₃|; |R₂|=|R₅|=|R₉|; |R₁|<|R₂|, где Ri - радиус кривизны i-сферической оптической поверхности по ходу лучей. Технический результат - повышение относительного отверстия и увеличение спектрального диапазона рабочих длин волн при высоком качестве изображения. 1 ил., 2 табл.

Светосильный объектив, состоящий из четырех компонентов, первый из которых по ходу лучей выполнен из одиночных двояковыпуклой и отрицательной линз, второй компонент - одиночная положительная линза, третий компонент - склеенный из двояковыпуклой и отрицательной линз, четвертый компонент - обращенный вогнутостью к изображению одиночный мениск, у которого радиус кривизны выпуклой поверхности больше радиуса кривизны вогнутой поверхности, причем двояковыпуклая линза третьего компонента выполнена симметричной, отличающийся тем, что отрицательная линза первого компонента выполнена двояковогнутой, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, отрицательная линза третьего компонента выполнена двояковогнутой и имеют место условия:

|R₁|=|R₃|

|R₂|=|R₅|=|R₉|;

|R₁|<|R₂|

где Ri - радиус кривизны i-сферической оптической поверхности по ходу лучей.