Сверхсветосильный объектив Российский патент 2023 года по МПК G02B9/64 

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

Известен сверхсветосильный объектив по патенту RU 2726264, МПК G02B 9/64, опубл. 10.07.2020 г. Объектив содержит три компонента, первый и второй из которых разделены апертурной диафрагмой. Первый компонент положительный и содержит одиночные плоско-вогнутую и двояковыпуклую линзы, а также положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта. Второй компонент положительный и содержит отрицательный двухсклеенный мениск, включающий отрицательный и положительный мениски, обращенные вогнутыми поверхностями к пространству объекта, и одиночную плоско-выпуклую линзу. Третий компонент положительный и содержит одиночную выпукло-плоскую линзу, положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и одиночную плоско-вогнутую линзу. Объектив рассчитан на работу с беззеркальной фотоаппаратурой, имеет сверхвысокое относительное отверстие 1/0.95, фокусное расстояние мм и линейное поле изображения 2у'=43 мм. Но у данного объектива высокое значение дисторсии по краю поля зрения и существенные массогабаритные характеристики.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является сверхсветосильный объектив по патенту CN 107219609, Китай, опубл. 29.09.2017 г. Объектив содержит три компонента, первый и второй из которых разделены апертурной диафрагмой. Первый компонент включает выпукло-плоскую линзу, а также положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостями к пространству объекта. Второй компонент содержит отрицательный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и включающий двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, и одиночную двояковыпуклую линзу. Третий компонент состоит из положительного двухсклеенного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта и включающего выпукло-плоскую и плоско-вогнутую линзы, и положительного склеенного дублета, содержащего двояковыпуклую линзу и отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта. Объектив рассчитан на работу с беззеркальной фотоаппаратурой, имеет сверхвысокое относительное отверстие 1/0.95, фокусное расстояние мм и линейное поле изображения 2y'=43 мм. Но у данного объектива низкое качество изображения по полю зрения при высоком значении дисторсии в краевых зонах изображения.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение уровня дисторсии в краевых зонах изображения и повышение качества изображения по полю зрения при сохранении сверхвысокого относительного отверстия и величины линейного поля изображения.

Технический результат - снижение уровня дисторсии в краевых зонах изображения и повышение качества изображения по полю зрения за счет изменения формы поверхности нескольких линз, в том числе асферизации одной из них, при сохранении сверхвысокого относительного отверстия и величины линейного поля изображения.

Это достигается тем, что в сверхсветосильном объективе, состоящем из установленных по ходу луча трех компонентов, первый из которых, содержит положительную линзу, положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и отрицательную линзу, второй компонент положительный, содержащий отрицательный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, и состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, и одиночную положительную линзу, третий компонент положительный, в отличие от известного, первый компонент отрицательный, положительная линза первого компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, а отрицательная линза выполнена в виде двояковогнутой линзы, во втором компоненте одиночная положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, третий компонент выполнен трехлинзовым и включает положительный двухсклеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта и состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и одиночный отрицательный мениск с асферической поверхностью на выпуклой стороне, обращенной к пространству объекта.

Кроме того, сверхсветосильный объектив может удовлетворять следующим условиям:

где: n_i - показатель преломления i-ой линзы сверхсветосильного объектива,

ν_i - величина дисперсии i-ой линзы сверхсветосильного объектива. Изобретение поясняется чертежами:

- Фиг. 1. Принципиальная оптическая схема сверхсветосильного объектива;

- Фиг. 2. Полихроматическая частотно-контрастная характеристика сверхсветосильного объектива при относительном отверстии 1/0.95;

- Фиг. 3. Дисторсия сверхсветосильного объектива.

Для решения поставленной задачи предложен сверхсветосильный объектив (фиг. 1), состоящий из установленных по ходу луча трех компонентов, первый из которых отрицательный и содержит положительные мениски 1 и 2, обращенные выпуклостью к пространству объекта, и отрицательную двояковогнутую линзу 3, второй компонент положительный и содержит отрицательный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и включающий двояковогнутую и двояковыпуклую линзы 4 и 5, соответственно, и одиночный положительный мениск 6, обращенный выпуклостью к пространству объекта, третий компонент положительный и содержит положительный двухсклеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта и состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз 7 и 8, соответственно, и одиночный отрицательный мениск 9 с асферической поверхностью на выпуклой стороне, обращенной к пространству объекта. При этом первый и второй компоненты разделены апертурной диафрагмой.

В качестве примера конкретного исполнения предлагается сверхсветосильный объектив, рассчитанный на работу с беззеркальными фотокамерами, с фокусным расстоянием мм, относительным отверстием 1/0.95 и линейным полем изображения 2у'=43 мм.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что снижение уровня дисторсии в краевых зонах изображения и повышение качества изображения по полю зрения достигается за счет изменения схемы третьего компонента, в частности, замены положительного двухсклеенного дублета на одиночный отрицательный мениск с асферической поверхностью на выпуклой стороне, обращенной к пространству объекта, это позволило скорректировать аберрацию наклонных пучков лучей, в том числе дисторсию, а для улучшения общего коррекционного баланса потребовалось изменение формы поверхностей двух линз в первом и одной линзы во втором компоненте, соответственно. Такое построение схемы объектива привело к уменьшению дисторсии по краю поля изображения в 1,5 раза до значения 1,3% и увеличению контраста в изображении на пространственной частоте 30 мм^-1 для точек поля у'=10,8 мм и у'=15,12 мм на 9% и 50%, соответственно.

В таблице 1 представлены конструктивные параметры примера конкретного исполнения.

В таблице 2 представлены коэффициенты асферической деформации поверхности с уравнением стрелки прогиба, имеющим вид:

где R - радиус при вершине поверхности; ρ - радиальная координата; α₁, α₂, α₃ - коэффициенты асферической деформации.

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

Сверхсветосильный объектив при относительном отверстии 1/0.95 обеспечивает разрешение 30 мм^-1 для центра поля с контрастом более 50%, по полю от y'=0 мм до у'=19 мм с контрастом более 20%. Модуль дисторсии в пределах всего поля зрения не превышает 1,5%.

Таким образом, в заявляемом сверхсветосильном объективе достигнут представленный ранее технический результат - снижен уровень дисторсии в краевых зонах изображения и повышено качество изображения по полю зрения за счет изменения формы поверхности нескольких линз, в том числе асферизации одной из них, при сохранении сверхвысокого относительного отверстия и величины линейного поля изображения.

Изобретение может быть использовано в качестве фотографического объектива в беззеркальной фотоаппаратуре. Объектив содержит три компонента, первый и второй из которых разделены апертурной диафрагмой. Первый компонент отрицательный и содержит первый и второй положительные мениски, обращенные выпуклостью к пространству объекта, и отрицательную двояковогнутую линзу. Второй компонент положительный и содержит отрицательный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и включающий двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, и одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта. Третий компонент положительный и содержит положительный двухсклеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта и состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и одиночный отрицательный мениск с асферической поверхностью на выпуклой стороне, обращенной к пространству объекта. Технический результат - снижение уровня дисторсии в краевых зонах изображения и повышение качества изображения по полю зрения за счет изменения формы поверхности линз, в том числе асферизации одной из них, при сохранении сверхвысокого относительного отверстия и величины линейного поля изображения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Сверхсветосильный объектив, состоящий из установленных по ходу луча трех компонентов, первый из которых содержит положительную линзу, положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и отрицательную линзу, второй компонент положительный, содержащий отрицательный двухсклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, и состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, и одиночную положительную линзу, третий компонент положительный, отличающийся тем, что первый компонент отрицательный, положительная линза первого компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, а отрицательная линза выполнена в виде двояковогнутой линзы, во втором компоненте одиночная положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, третий компонент выполнен трехлинзовым и включает положительный двухсклеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта и состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и одиночный отрицательный мениск с асферической поверхностью на выпуклой стороне, обращенной к пространству объекта.

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

где: n_i - показатель преломления i-ой линзы сверхсветосильного объектива,

ν₁ - величина дисперсии i-ой линзы сверхсветосильного объектива.