СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2021 года по МПК G02B9/34 G02B13/14 

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 угловое поле в пространстве предметов 2W = 8 град. 40 мин. и недостаточно широкий рабочий диапазон длин волн (630-900) нм.

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 условиий:

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

- коэффициенты дисперсии для линии е материала первой, второй, третьей, четвертой и пятой линзы;

d₅ - толщина третьего компонента;

f' - фокусное расстояние объектива.

Поэтому, исходя из ГОСТ 13659-78 для линии е:

первая и вторая линзы выполнены из оптического стекла ТК14 и при

третья линза выполнены из оптического стекла ТФ10 и при

четвертая линза выполнены из оптического стекла ТК21 и при

пятая линза выполнены из оптического стекла ЛФ5 и при

Кроме того:

Однако данный объектив имеет недостаточное угловое поле в пространстве предметов 2W = 16 град.

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

Технический результат - увеличение углового поля в пространстве предметов 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, второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной плосковогнутой линзы со второй оптической поверхностью, обращенной вогнутостью к изображению, 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:

в отличие от известного, первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы.

На фиг. представлена оптическая схема светосильного объектива.

Светосильный объектив (фиг.) состоит из пяти линз в четырех компонентах. Первый компонент по ходу лучей выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы 1. Второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска 2, обращенного выпуклостью к предмету. Третий компонент выполнен в виде одиночной плосковогнутой линзы 3. Четвертый компонент выполнен в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы 4 и отрицательного мениска 5, обращенного вогнутостью к предмету. За мениском 5 расположен светофильтр 6, за ним защитное стекло 7, 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:

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, светофильтр 6, защитное стекло 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 630 нм до 1150 нм, для основной длины волны 800 нм.

В табл. 1 приведены аберрации для длины волны 800 нм всех трех вариантов исполнения светосильного объектива.

Конструктивные параметры светосильного объектива по первому варианту исполнения приведены в таблице 2.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 99,71 мм задний фокальный отрезок 0 мм задний фокальный отрезок без учета светофильтра 36,56 мм относительное отверстие 1:1,497 угловое поле в пространстве предметов 18 град.

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

Для первого варианта исполнения имеет место условие:

d₅/f' = 0,1504.

Конструктивные параметры светосильного объектива по второму варианту исполнения приведены в таблице 3.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 100,07 мм задний фокальный отрезок 0 мм задний фокальный отрезок без учета светофильтра 36,57 мм относительное отверстие 1:1,5 угловое поле в пространстве предметов 18 град.

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

Для второго варианта исполнения имеет место условие:

d₅/f' = 0,1499.

Конструктивные параметры светосильного объектива по третьему варианту исполнения приведены в таблице 4.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 99,99 мм задний фокальный отрезок 0 мм задний фокальный отрезок без учета светофильтра 36,24 мм относительное отверстие 1:1,5 угловое поле в пространстве предметов 18 град.

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

Для третьего варианта исполнения имеет место условие:

d₅/f'=0,15.

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

Объектив может быть использован в различных оптических системах, в частности работающих с телевизионной ПЗС-матрицей. Светосильный объектив содержит четыре компонента. Первый компонент - одиночная двояковыпуклая линза. Второй компонент – одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Третий компонент - одиночная плосковогнутая линза. Четвертый компонент - склеенная положительная линза, состоящая по ходу лучей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Показатели преломления и коэффициенты дисперсии материалов линз связаны соотношениями, приведенными в формуле изобретения. Технический результат - увеличение углового поля в пространстве предметов 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 положительной линзы, второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной плосковогнутой линзы со второй оптической поверхностью, обращенной вогнутостью к изображению, 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:

отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы,

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

- коэффициенты дисперсии для линии е материала первой, второй, третьей, четвертой и пятой линз;

d₅ - толщина третьего компонента;

f' - фокусное расстояние объектива.