Широкоугольный ретрофокусный объектив Российский патент 2021 года по МПК G02B9/64 G02B11/34 

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

Известны широкоугольные ретрофокусные объективы, рассчитанные на работу с полнокадровыми зеркальными фотокамерами, по патентам JP20044226740, Япония, опубл. 12.08.2004: относительное отверстие 1/2.89, фокусное расстояние ƒ'=16,1 мм; US20110317282, США, опубл. 29.12.2011: относительное отверстие 1/1.84, фокусное расстояние ƒ'=18,4 мм; WO2017157812, опубл. 21.09.2017: относительное отверстие 1/4, фокусное расстояние ƒ'=11,5 мм. Они обладают сложной оптической схемой, включающей от 14-ти до 16-ти линз из не менее 9-ти различных оптических материалов. При этом объективы содержат от 2-х до 5-ти асферических поверхностей высшего порядка. Кроме того, расстояние от первой поверхности объективов до плоскости изображения превышает 140 мм. Все вышеуказанное не только отрицательно сказывается на технологичности, но и снижает потребительские свойства данных объективов.

Известен широкоугольный ретрофокусный объектив по патенту US5917663 - вариант исполнения №3, США, опубл. 29.06.1999. Объектив содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой. Первый компонент включает первый положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, первый и второй отрицательные мениски, обращенные выпуклостью к пространству объекта, трехсклеенную отрицательную линзу, включающую двояковыпуклую, двояковогнутую и выпукло-плоскую линзы, одиночную двояковыпуклую линзу и второй положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта.

Второй компонент включает отрицательный склеенный дублет, состоящий из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковогнутой линзы, положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и одиночную двояковыпуклую линзу. Объектив рассчитан на работу с зеркальной фотокамерой, имеет относительное отверстие 1/2.8, фокусное расстояние ƒ'=20,4 мм и линейное поле изображения 2y'=43 мм. Но данный объектив имеет невысокое качество изображения по полю зрения, а также низкую технологичность, обусловленную применением в оптической схеме тройного склеенного линзового блока и восьми различных марок стекол.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является широкоугольный ретрофокусный объектив по патенту US4061421 - вариант исполнения №1, США, опубл. 6.12.1977. Объектив содержит два компонента, разделенных апертурной диафрагмой. Первый компонент включает положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, первый и второй отрицательные мениски, обращенные выпуклостью к пространству объекта, одиночную двояковыпуклую линзу, третий отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и положительный склеенный дублет, состоящий из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, и двояковыпуклой линзы. Второй компонент включает отрицательный склеенный дублет, состоящий из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковогнутой линзы, первый и второй положительные мениски, обращенные вогнутостью к пространству объекта. Объектив имеет относительное отверстие 1/3.5, фокусное расстояние ƒ'=18,5 мм (в пересчете на работу с полнокадровой зеркальной фотокамерой) и угловое поле зрения 2ω=100°. Но данный объектив имеет невысокое качество изображения по полю зрения, а также низкую технологичность, обусловленную применением в оптической схеме девяти различных марок стекол.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение качества изображения по полю зрения и повышение технологичности за счет сокращения количества используемых марок стекол при сохранении относительного отверстия и величины углового поля зрения.

Технический результат - улучшение качества изображения по полю и повышение технологичности за счет сокращения количества используемых марок стекол при сохранении относительного отверстия и величины углового поля зрения.

Это достигается тем, что в широкоугольном ретрофокусном объективе, состоящем из установленных по ходу луча двух компонентов, первый из которых положительный и содержит положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, первый и второй отрицательные мениски, обращенные выпуклостью к пространству объекта, одиночную двояковыпуклую линзу, третий отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и положительную двухсклеенную линзу, второй компонент положительный, в отличие от известного, в схему первого компонента между вторым отрицательным мениском, обращенным выпуклостью к пространству объекта, и одиночной двояковыпуклой линзой включен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, а положительная двухсклеенная линза выполнена в виде положительного двухсклеенного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта и состоящего из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, при этом ориентировка склейки обратная, схема второго компонента содержит первый положительный склеенный дублет, состоящий из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, и двояковыпуклой линзы, и второй отрицательный склеенный дублет, состоящий из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, и двояковыпуклой линзы.

Кроме того, широкоугольный ретрофокусный объектив может удовлетворять следующим условиям:

1,65<n₁=n₂=n₄=n₆=n₈<1,66,

57<ν₁=ν₂=ν₄=ν₆=ν₈<58,

1,75<n₃=n₇=n₉=n₁₁<1,76,

27<ν₃=ν₇=ν₉=ν₁₁<28,

1,48<n₅=n₁₀=n₁₂<1,49,

70<ν₅=ν₁₀=ν₁₂<71,

где: n_i - показатель преломления i-й линзы широкоугольного ретрофокусного объектива,

ν_i - величина дисперсии i-й линзы широкоугольного ретрофокусного объектива.

Изобретение поясняется чертежами:

- Фиг. 1. Принципиальная оптическая схема широкоугольного ретрофокусного объектива

- Фиг. 2. Полихроматическая частотно-контрастная характеристика широкоугольного ретрофокусного объектива при относительном отверстии 1/3.5

Для решения поставленной задачи предложен широкоугольный ретрофокусный объектив (фиг.1), состоящий из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой, первый из которых положительный и содержит расположенные последовательно положительный мениск 1, обращенный выпуклостью к пространству объекта, первый, второй и третий отрицательные мениски 2, 3 и 4, соответственно, обращенные выпуклостью к пространству объекта, одиночную двояковыпуклую линзу 5, четвертый отрицательный мениск 6, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и положительный двухсклеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз 7 и 8, соответственно, второй компонент положительный и содержит первый положительный склеенный дублет, состоящий из отрицательного мениска 9, обращенного выпуклостью к пространству объекта, и двояковыпуклой линзы 10, и второй отрицательный склеенный дублет, состоящий из отрицательного мениска 11, обращенного выпуклостью к пространству объекта, и двояковыпуклой линзы 12.

В качестве примера конкретного исполнения предлагается широкоугольный ретрофокусный объектив, рассчитанный на работу с зеркальной фотокамерой, с фокусным расстоянием ƒ'=18 мм, относительным отверстием 1/3.5 и угловым полем зрения 2ω=100°.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что улучшение качества изображения по полю зрения достигается за счет включения в схему первого компонента, дополнительно, еще одного отрицательного мениска и замены во втором компоненте двух одиночных линз на склеенный дублет, что позволило в первом компоненте перераспределить коррекционную нагрузку между отрицательными менисками и одиночной положительной линзой, тем самым существенно уменьшив сферическую аберрацию и астигматизм. При этом во втором компоненте дополнительная склейка позволила скорректировать поперечный хроматизм и наряду с одиночной положительной линзой первого компонента скомпенсировать дисторсию, вносимую отрицательными менисками. Такое построение схемы объектива дало возможность улучшить контраст в изображении на пространственной частоте 30 мм^-1 практически на треть для осевой точки поля и не менее чем в 2 раза по полю зрения. Кроме того, удалось сократить количество используемых марок стекол с девяти до трех.

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

В таблице 1 представлены конструктивные параметры примера конкретного исполнения.

Широкоугольный ретрофокусный объектив при относительном отверстии 1/3.5 обеспечивает разрешение 30 мм^-1 для центра поля с контрастом более 78%, по полю от у'=0 мм до у'=19 мм с контрастом более 38%. Модуль дисторсии по всему полю изображения не превышает 2,5%.

Таким образом, в заявляемом широкоугольном ретрофокусном объективе достигнут представленный ранее технический результат - улучшено качество изображения по полю и повышена технологичность за счет сокращения количества используемых марок стекол при сохранении относительного отверстия и величины углового поля зрения.

Объектив может быть использован в зеркальной фотоаппаратуре. Объектив содержит два компонента. Первый компонент положительный и содержит расположенные последовательно положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, первый, второй и третий отрицательные мениски, обращенные выпуклостью к пространству объекта, одиночную двояковыпуклую линзу, четвертый отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и положительный двухсклеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта и состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй компонент положительный и содержит первый положительный склеенный дублет из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, и двояковыпуклой линзы, и второй отрицательный склеенный дублет из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, и двояковыпуклой линзы. Технический результат - улучшение качества изображения по полю и повышение технологичности за счет сокращения количества используемых марок стекол при сохранении относительного отверстия и величины углового поля зрения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Широкоугольный ретрофокусный объектив, состоящий из установленных по ходу луча двух компонентов, первый из которых положительный и содержит положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, первый и второй отрицательные мениски, обращенные выпуклостью к пространству объекта, одиночную двояковыпуклую линзу, третий отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и положительную двухсклеенную линзу, второй компонент положительный, отличающийся тем, что в схему первого компонента между вторым отрицательным мениском, обращенным выпуклостью к пространству объекта, и одиночной двояковыпуклой линзой включен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, а положительная двухсклеенная линза выполнена в виде положительного двухсклеенного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта и состоящего из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, при этом ориентировка склейки обратная, схема второго компонента содержит первый положительный склеенный дублет, состоящий из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, и двояковыпуклой линзы, и второй отрицательный склеенный дублет, состоящий из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, и двояковыпуклой линзы.

2. Широкоугольный ретрофокусный объектив по п. 1, отличающийся тем, что объектив удовлетворяет следующим условиям:

где: n_i - показатель преломления i-й линзы широкоугольного ретрофокусного объектива,

ν_i - величина дисперсии i-й линзы широкоугольного ретрофокусного объектива.