Фотографический макрообъектив Российский патент 2021 года по МПК G02B13/24 G02B9/34 G02B9/64 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве объектива в фотокамерах.

Известен макрообъектив по патентной публикации JP 2019144441 A - вариант исполнения №1, Япония, опубл. 29.08.2019. Объектив содержит три компонента, первый и второй из которых разделены апертурной диафрагмой. Первый компонент включает двояковогнутую линзу, отрицательный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и включающий отрицательный и положительный мениски, а также первую и вторую одиночные двояковыпуклые линзы и отрицательный двухсклеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта и включающий двояковыпуклую и двояковогнутую линзы. Второй компонент содержит положительный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и включающий двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, а также одиночную двояковыпуклую линзу. Третий компонент содержит отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, двояковогнутую и двояковыпуклую линзы. Объектив рассчитан на работу с полнокадровыми зеркальными фотокамерами, в том числе в режиме макросъемки с масштабом 1:1, имеет относительное отверстие 1/2.9, фокусное расстояние ƒ'=67,95 мм и линейное поле изображения 2у'=43 мм. Но данный объектив обладает сложной 13-ти линзовой конструкцией с тремя асферическими поверхностями высшего порядка, что негативно отражается на технологичности и массогабаритных характеристиках.

Известен макрообъектив по патенту US 7009779, США, опубл. 07.03.2006. Объектив содержит три компонента, первый и второй из которых разделены апертурной диафрагмой. Первый компонент включает отрицательный и положительный мениски, обращенные выпуклостью к пространству объекта, а также двояковыпуклую и двояковогнутую линзы. Второй компонент содержит положительный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и включающий двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, а также одиночную двояковыпуклую линзу. Третий компонент содержит отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и двояковыпуклую линзу. Объектив рассчитан на работу с полнокадровыми зеркальными фотокамерами, в том числе в режиме макросъемки с масштабом 1:1, имеет относительное отверстие 1/2.9, фокусное расстояние ƒ'=45,3 мм и линейное поле изображения 2у'=43 мм. Но данный объектив имеет низкую разрешающую способность по полю изображения в режиме работы с объектом, удаленным на бесконечность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является макрообъектив по патенту US 7777974 B2 - вариант исполнения №3, опубл. 17.08.2010. Объектив содержит четыре компонента, второй и третий из которых разделены апертурной диафрагмой. Первый компонент включает отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и двояковыпуклую линзу. Второй компонент содержит положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и двояковогнутую линзу. Третий компонент содержит положительный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и включающий двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, а также одиночную двояковыпуклую линзу. Четвертый компонент содержит отрицательный склеенный дублет, включающий положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, и двояковогнутую линзу, а также положительный склеенный дублет, включающий двояковыпуклую линзу и отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта. Объектив рассчитан на работу с полнокадровыми зеркальными фотокамерами, в том числе в режиме макросъемки с масштабом 1:1, имеет относительное отверстие 1/2.9, фокусное расстояние ƒ'=62,2 мм и линейное поле изображения 2у'=43 мм. Но данный объектив имеет низкую разрешающую способность по полю изображения, как в режиме работы с объектом, удаленным на бесконечность, так и в режиме макросъемки. Кроме того, объектив содержит три двухлинзовых склейки и линзу с асферической поверхностью высшего порядка, что снижает технологичность.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение качества изображения по полю и повышение технологичности при сохранении относительного отверстия и величины линейного поля изображения.

Технический результат - улучшение качества изображения по полю и повышение технологичности за счет уменьшения количества склеенных линз и отказа от линз с асферическими поверхностями при сохранении относительного отверстия и величины линейного поля изображения.

Это достигается тем, что в фотографическом макрообъективе, состоящем из установленных по ходу луча четырех компонентов, первый из которых положительный, второй компонент отрицательный и содержит положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и двояковогнутую линзу, третий компонент положительный и содержит положительный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, и одиночную двояковыпуклую линзу, четвертый компонент отрицательный и содержит отрицательную и положительную линзы, в отличие от известного, первый компонент выполнен в виде одиночной плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству изображения, в четвертом компоненте положительная линза вынесена перед отрицательной линзой и выполнена в виде одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, отрицательная линза выполнена в виде одиночной двояковогнутой линзы.

Кроме того, форма поверхностей всех линз, входящих в объектив, сферическая и объектив удовлетворяет следующим условиям:

1,65<n₁=n₂=n₅<1,66,

57<ν₁<58,

51<ν₂=ν₅<52,

1,68<n₃<1,69,

31<ν₃<32,

1,57<n₄<1,58,

41<ν₄<42,

1,61<n₆=n₇<1,62,

60<ν₆=ν₇<61,

1,48<n₈<1,49,

70<ν₈<71,

где: n_i - показатель преломления i-ой линзы фотографического макрообъектива,

ν_i - величина дисперсии i-ой линзы фотографического макрообъектива.

Изобретение поясняется чертежами:

- Фиг. 1. Принципиальная оптическая схема фотографического макрообъектива

- Фиг. 2. Полихроматическая частотно-контрастная характеристика фотографического макрообъектива в режиме работы с объектом, удаленным на бесконечность

- Фиг. 3. Полихроматическая частотно-контрастная характеристика фотографического макрообъектива в режиме макросъемки с масштабом 1:1

Для решения поставленной задачи предложен фотографический макрообъектив (фиг. 1), состоящий из четырех компонентов, первый из которых положительный и содержит плосковыпуклую линзу 1, обращенную выпуклостью к пространству изображений, второй отрицательный и содержит положительный мениск 2, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и двояковогнутую линзу 3, третий положительный и содержит положительный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз 4 и 5, соответственно, и одиночную двояковыпуклую линзу 6, четвертый отрицательный и содержит положительный мениск 7, обращенный вогнутостью к пространству объекта, и двояковогнутую линзу 8. При этом второй и третий компоненты разделены апертурной диафрагмой.

В качестве примера конкретного исполнения предлагается фотографический макрообъектив, рассчитанный, в частности, на работу с полнокадровыми зеркальными фотокамерами, в том числе в режиме макросъемки с масштабом 1:1, с фокусным расстоянием ƒ'=67,3 мм, относительным отверстием 1/2.9 и линейным полем изображения 2у'=43 мм.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что улучшение качества изображения по полю достигается за счет исключения из схемы первого двухлинзового компонента отрицательного мениска, что с одной стороны позволило существенно снизить вносимый этим компонентом астигматизм, а с другой уменьшить оптическую силу оставшейся положительной линзы, что в свою очередь снизило вклад первого компонента в кривизну поля изображения и поперечный хроматизм. Уменьшение хроматических аберраций позволило отказаться от склеек в четвертом компоненте, а вынос положительной линзы перед отрицательной привел к перераспределению коррекционной нагрузки в части аберраций широких пучков, что дало возможность исключить из схемы асферизацию поверхностей.

Работает объектив следующим образом: световые пучки, исходящие от предмета, расположенного на бесконечности или конечном расстоянии, последовательно проходят компоненты I-IV оптической системы и формируют изображение в плоскости наилучшей установки.

В таблице 1 представлены конструктивные параметры примера конкретного исполнения.

Фотографический макрообъектив:

- в режиме работы с объектом, удаленным на бесконечность (d₁₂=2,0 мм) обеспечивает разрешение 30 мм^-1 для центра поля с контрастом более 67%, по полю от у'=0 мм до у'=19 мм с контрастом более 50%. Модуль дисторсии по всему полю изображения не превышает 1,1%.

- в режиме макросъемки с масштабом 1:1 (d₁₂=45,4 мм) обеспечивает разрешение 30 мм^-1 для центра поля с контрастом более 54%, по полю от у'=0 мм до y'=19 мм с контрастом более 38%. Модуль дисторсии по всему полю изображения не превышает 2,5%.

Таким образом, в заявляемом фотографическом макрообъективе достигнут представленный ранее технический результат - улучшение качества изображения по полю и повышение технологичности за счет уменьшения количества склеенных линз и отказа от линз с асферическими поверхностями при сохранении относительного отверстия и величины линейного поля изображения.

Объектив может быть использован в фотоаппаратуре. Объектив содержит четыре компонента, второй и третий из которых разделены апертурной диафрагмой. Первый компонент положительный и содержит плосковыпуклую линзу, обращенную выпуклостью к пространству изображения. Второй компонент отрицательный и содержит положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и двояковогнутую линзу. Третий компонент положительный и содержит положительный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, и одиночную двояковыпуклую линзу. Четвертый компонент отрицательный и содержит положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, и двояковогнутую линзу. Технический результат - улучшение качества изображения по полю и повышение технологичности за счет уменьшения количества склеенных линз и отказа от линз с асферическими поверхностями при сохранении относительного отверстия и величины линейного поля изображения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Фотографический макрообъектив, состоящий из установленных по ходу луча четырех компонентов, первый из которых положительный, второй компонент отрицательный и содержит положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и двояковогнутую линзу, третий компонент положительный и содержит положительный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, и одиночную двояковыпуклую линзу, четвертый компонент отрицательный и содержит отрицательную и положительную линзы, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде одиночной плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству изображения, в четвертом компоненте положительная линза вынесена перед отрицательной линзой и выполнена в виде одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, а отрицательная линза выполнена в виде одиночной двояковогнутой линзы.

2. Фотографический макрообъектив по п. 1, отличающийся тем, что форма поверхностей всех линз, входящих в объектив, сферическая.

3. Фотографический макрообъектив по п. 2, отличающийся тем, что объектив удовлетворяет следующим условиям:

1,65<n₁=n₂=n₅<1,66,

57<ν₁<58,

51<ν₂=ν₅<52,

1,68<n₃<1,69,

31<ν₃<32,

1,57<n₄<1,58,

41<ν₄<42,

1,61<n₆=n₇<1,62,

60<ν₆=ν₇<61,

1,48<n₈<1,49,

70<ν₈<71,

где n_i - показатель преломления i-й линзы фотографического макрообъектива,

ν_i - величина дисперсии i-й линзы фотографического макрообъектива.