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 для достижения высокого качества изображения необходимо соблюдение следующих условий:

1,6<n₁<1,67;

1,6<n₂<1,67;

1,79<n₃<2,2;

1,64<n₄<1,68;

1,57<n₅<1,586;

54<√₁<63;

54<√₂<63;

14<√₃<26,2;

46<√₄<52;

37<√₅<42;

0,07≤d₅/f'<0,3,

где: n₁, n₂, n₃, n₄, n₅ - показатели преломления материала первой, второй, третьей, четвертой и пятой линзы для линии е;

√₁, √₂, √₃, √₄, √₅, - коэффициенты дисперсии для линии е материала первой, второй, третьей, четвертой и пятой линзы,

d₅ - толщина третьего компонента;

f' - фокусное расстояние всего объектива

Поэтому исходя из ГОСТ 13659-78 для линии е:

первая и вторая линзы выполнены из оптического стекла ТК14 и при

n₁=n₂=1,615506-√₁=√₂=60,34,

третья линза выполнена из оптического стекла ТФ10 и при

n₃=1,813767-√₃=25,17,

четвертая линза выполнена из оптического стекла ТК21 и при

n₄=1,659961√₄=50,81,

пятая линза выполнена из оптического стекла ЛФ5 и при

n₅=1,578326-√₅=41,05.

Кроме того, для повышения относительного отверстия необходимо выполнять следующие соотношения:

0,0024≤d₂/f'<0,041,

где: d₂ - величина первого воздушного промежутка; Но в данном объективе:

0,07≤d₅/f'=15/100=0,15<0,3

d₂/f'=0,2/100=0,002<0,0024

И 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 выпуклоплоской линзы, 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 ходу лучей 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, кроме того, имеют место условия:

1,6<n₁<1,67;

1,6<n₂<1,67;

1,79<n₃<2,2;

1,64<n₄<1,68;

1,57<n₅<1,586;

54<√₁<63;

54<√₂<63;

14<√₃<26,2;

46<√₄<52;

37<√₅<42;

0,07≤d₅/f'<0,3,

в отличие от известного, третий компонент выполнен двояковогнутым и имеет место соотношение:

0,0024≤d₂/f'<0,041,

На чертеже представлена оптическая схема светосильного объектива.

Светосильный объектив (чертеж) состоит из пяти линз в четырех компонентах. Первый компонент по ходу лучей выполнен в виде одиночной выпуклоплоской линзы 1. 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 положительный и выполнен в виде склеенной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы 4 и отрицательного мениска 5, обращенного вогнутостью к предмету. За мениском 5 расположен светофильтр 6, за которым расположен приемник оптического излучения, например, телевизионная ПЗС-матрица (не показан). Причем, показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы 4 склеенного компонента больше показателя преломления материала отрицательного мениска 5 этого компонента. Кроме того, имеют место условия:

1,6<n₁<1,67; 54<√₁<63;

1,6<n₂<1,67; 54<√₂<63;

1,79<n₃<2,2; 14<√₃<26,2;

1,64<n₄<1,68; 46<√₄<52;

1,57<n₅<1,586; 37<√₅<42;

0,07≤d₅/f'<0,3,

0,0024≤d₂/f'<0,041,

Предложенная оптическая система (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 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 приведены в таблице 1.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 100,01 мм

задний фокальный отрезок 33,27 мм

задний фокальный отрезок без учета

светофильтра 44,92 мм

относительное отверстие 1:1,449

угловое поле в пространстве предметов 4 град. 36 мин.

Апертурная диафрагма находится на расстоянии 6,4 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте.

Для первого варианта имеют место условия:

d₂/f'=0,012;

d₅/f'=0,17.

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

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 100,06 мм

задний фокальный отрезок 34,17 мм

задний фокальный отрезок без учета

светофильтра 45,82 мм

относительное отверстие 1:1,45

угловое поле в пространстве предметов 4 град. 36 мин.

Апертурная диафрагма находится на расстоянии 6,4 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте. Для второго варианта имеют место условия:

d₂/f'=0,01199;

d₅/f'=0,1299.

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

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 99,94 мм

задний фокальный отрезок 33,06 мм

задний фокальный отрезок без учета

светофильтра 44,72 мм

относительное отверстие 1:1,418

угловое поле в пространстве предметов 4 град. 36 мин.

Апертурная диафрагма находится на расстоянии 6,2 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте. Для третьего варианта имеют место условия:

d₂/f'=0,01201;

d₅/f'=0,1301.

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.

Светосильный объектив состоит из четырех компонентов, из которых первый - одиночная выпуклоплоская линза, второй – одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, третий - одиночная двояковогнутая линза с радиусом первой оптической поверхности по ходу лучей по модулю большим радиуса второй оптической поверхности, а четвертый - склеенная положительная линза, состоящая по ходу лучей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Выполняется соотношение: 0,0024≤d₂/f'<0,041, где d₂ - величина первого воздушного промежутка; f' - фокусное расстояние всего объектива. Технический результат - повышение относительного отверстия при высоком качестве изображения. 1 ил., 4 табл.

Светосильный объектив, состоящий из четырех компонентов, из которых первый со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной выпуклоплоской линзы, 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 ходу лучей 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, кроме того, имеют место условия:

1,6<n₁<1,67;

1,6<n₂<1,67;

1,79<n₃<2,2;

1,64<n₄<1,68;

1,57<n₅<1,586;

54<√₁<63;

54<√₂<63;

14<√₃<26,2;

46<√₄<52;

37<√₅<42;

0,07≤d₅/f'<0,3,

отличающийся тем, что третий компонент выполнен двояковогнутым и имеет место соотношение:

0,0024≤d₂/f'<0,041,

где: n₁, n₂, n₃, n₄, n₅ - показатели преломления материала первой, второй, третьей, четвертой и пятой линзы для линии е;

√₁, √₂, √₃, √₄, √₅ - коэффициенты дисперсии для линии е материала первой, второй, третьей, четвертой и пятой линзы;

d₂ - величина первого воздушного промежутка;

d₅ - толщина третьего компонента;

f' - фокусное расстояние всего объектива.