СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2020 года по МПК G02B9/60 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, например, в ИК-системах, а также в системах, работающих с телевизионной ПЗС-матрицей.

Известен объектив, описанный в а.с. СССР №182360, МПК G02B 9/60 опубл. 1966 г., содержащий пять компонентов, первый из которых по ходу лучей - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий компонент - двухсклеенный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, четвертый компонент -одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, а пятый компонент - одиночная двояковыпуклая линза. Однако данный объектив имеет недостаточное относительное отверстие 1:1,8.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив для ближней ИК-области спектра описанный в патенте RU №2315341, МПК G02B 9/60; 11/30; 13/14, опубл. 20.01.2008 г., содержащий пять компонентов, первый из которых по ходу лучей - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, выполненный из стекла группы сверхтяжелых кронов, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий компонент - двухсклеенный мениск, обращенный внешней, выпуклой поверхностью к изображению, состоящий по ходу лучей из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - одиночная двояковыпуклая линза, выполненная из стекла группы сверхтяжелых кронов и пятый компонент - одиночная выпуклоплоская линза, обращенная плоскостью к изображению, причем, показатель преломления стекла двояковыпуклой линзы склеенного компонента не превышает величину 1,62 для линии е; а пятый компонент объектива выполнен из стекла, показатель преломления которого превышает величину 1,6 для линии е, кроме того, имеют место условия:

R₄=|R₅|;

d₈=d₁₀;

1,2<R₆/f<4,2,

где: R₄,R₅, R₆ - радиусы четвертой, пятой и шестой оптических поверхностей по ходу лучей;

d₈, d₁₀ - толщина четвертого и пятого компонентов;

f - фокусное расстояние всего объектива.

Этот объектив имеет характеристики: фокусное расстояние 24,95 мм, относительное отверстие 1:1,5; угол поля зрения 18 град. 20 мин., рабочий спектральный диапазон от 630 нм до 900 нм.

Однако данный светосильный объектив имеет сложную конструкцию, так как две его линзы выполнены из стекла группы сверхтяжелых кронов, кроме того, данный объектив имеет недостаточное качество изображения. Так, значение полихроматических коэффициентов передачи модуляции для точки на оси для частоты 60 мм^-1 равно 0,5 и на краю поля зрения для частоты 50 мм^-1 равно 0,45. Кроме того, данный объектив недостаточно технологичен, так как содержит излишне тонкие линзы третьего и четвертого компонентов, что выражается в малой толщине двояковогнутой линзы третьего компонента и малых величинах острых краев двояковыпуклых линз третьего и четвертого компонентов.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками и с упрощенной конструкцией.

Технический результат - повышение качества изображения

Это достигается тем, что в светосильном объективе, содержащем пять компонентов, первый из которых по ходу лучей - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий компонент - двухсклеенный мениск, обращенный внешней, выпуклой поверхностью к изображению, состоящий по ходу лучей из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - одиночная двояковыпуклая линза и пятый компонент - одиночная положительная линза, кроме того, выполнены условия:

1,57<n₄<1,63;

1,6<n₆<1,63,

в отличие от известного, пятый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению, третий компонент выполнен отрицательным и, кроме того, выполнено условие:

|R₄|<|R₅|,

кроме того, могут быть выполнены условия:

0,6<|R₆|/f≤1,2;

|R₁|=|R₇|,

d₈>d₁₀;

1,77<n₃<2,2,

где: R₁, R₄, R₅, R₆, R₇ - радиусы первой, четвертой, пятой, шестой и седьмой оптических поверхностей по ходу лучей;

d₈ - толщина четвертого компонента;

d₁₀ - толщина пятого компонентов;

n₃, n₄, n₆ - показатели преломления третьей, четвертой и шестой линз по ходу лучей для линии е;

f - фокусное расстояние всего объектива.

На фиг. представлена оптическая схема светосильного объектива.

Светосильный объектив (фиг.) состоит из последовательно расположенных по ходу лучей одиночного положительного мениска 1, обращенного выпуклостью к предмету, одиночного отрицательного мениска 2, обращенного выпуклостью к предмету, двояковогнутой линзы 3, склеенной с двояковыпуклой линзой 4, двояковыпуклой одиночной линзы 5 и одиночного положительного мениска 6, обращенного вогнутостью к изображению. В данном светосильном объективе не используются стекла группы сверхтяжелых кронов.

В одном варианте исполнения имеют место условия:

1,57<n₄<1,63;

1,6<n₆<1,63;

|R₄|<|R₅|;

0,6<|R₆|/f≤1,2;

d₈>d₁₀;

1,77<n₃<2,2,

а в другом варианте исполнения имеют место условия:

1,57<n₄<1,63;

1,6<n₆<1,63;

|R₄|<|R₅|;

0,6<|R₆|/f≤1,2;

|R₁|=|R₇|;

d₈>d₁₀;

1,77<n₃<2,2,

где: R₁, R₄, R₅, R₆, R₇ - радиусы первой, четвертой, пятой, шестой и седьмой оптических поверхностей по ходу лучей;

d₈ - толщина четвертого компонента;

d₁₀ - толщина пятого компонентов;

n₃, n₄, n₆ - показатели преломления третьей, четвертой и шестой линз по ходу лучей для линии е;

f - фокусное расстояние всего объектива.

Предложенная оптическая система (фиг.) 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 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 два варианта конкретного исполнения предлагаемого светосильного объектива, исправленные в спектральном диапазоне от 630 нм до 900 нм, для основной длины волны 766,49 нм.

В табл. 1 приведены значения полихроматических значений коэффициентов передачи модуляции двух вариантов предложенного светосильного объектива для спектрального диапазона от 630 нм до 900 нм при весовых коэффициентах, равных 1.

В табл. 2 приведены аберрации для длины волны 766,49 нм двух вариантов предложенного светосильного объектива. В предлагаемом объективе увеличены толщины линз третьего и четвертого компонентов, что повысило технологичность всего объектива.

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

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 25,04 мм задний фокальный отрезок 18,22 мм относительное отверстие 1:1,499 угловое поле в пространстве предметов 18 град. 25 мин.

Апертурная диафрагма находится на расстоянии 4,4 мм после второго компонента.

Конструктивные параметры предложенного объектива по второму варианту приведены в таблице 4.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 25,09 мм задний фокальный отрезок 18,13 мм относительное отверстие 1:1,5 угловое поле в пространстве предметов 18 град. 25 мин.

Апертурная диафрагма находится на расстоянии 4,4 мм после второго компонента.

Кроме того, в предлагаемом объективе линзы выполнены без использования оптических стекол группы сверхтяжелых кронов, что упрощает конструкцию.

Таким образом, обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив с повышенным качеством изображения.

Объектив может быть использован в ИК-системах, а также и в системах, работающих с телевизионной ПЗС-матрицей. Светосильный объектив содержит пять компонентов, первый из которых по ходу лучей - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий – отрицательный двухсклеенный мениск, обращенный внешней, выпуклой поверхностью к изображению, состоящий по ходу лучей из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый - одиночная двояковыпуклая линза и пятый - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Выполнены условия: 1,57<n₄<1,63; 1,6<n₆<1,63, |R₄|<|R₅|, где: R₄, R₅, - радиусы четвертой и пятой оптических поверхностей по ходу лучей; n₄, n₆ - показатели преломления четвертой и шестой линз по ходу лучей для линии е. Технический результат - повышение качества изображения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

1. Светосильный объектив, содержащий пять компонентов, первый из которых по ходу лучей - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий компонент - двухсклеенный мениск, обращенный внешней, выпуклой поверхностью к изображению, состоящий по ходу лучей из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - одиночная двояковыпуклая линза и пятый компонент - одиночная положительная линза, кроме того, выполнены условия:

1,57<n₄<1,63;

1,6<n₆<1,63,

отличающийся тем, что пятый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению, третий компонент выполнен отрицательным и, кроме того выполнено условие:

|R₄|<|R₅|

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

0,6<|R₆|/f≤1,2

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

|R₁|=|R₇|

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

d₈>d₁₀

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

1,77<n₃<2,2

где: R₁, R₄, R₅, R₆, R₇ - радиусы первой, четвертой, пятой, шестой и седьмой оптических поверхностей по ходу лучей;

d₈ - толщина четвертого компонента;

d₁₀ - толщина пятого компонентов;

n₃, n₄, n₆ - показатели преломления третьей, четвертой и шестой линз по ходу лучей для линии е;

f - фокусное расстояние всего объектива.