ЧЕТЫРЁХЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2024 года по МПК G02B9/34 

Предполагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, в которых требуется формирование изображения бесконечно удаленного предмета, таких как телевизионные и фото- системы, формирующие изображение на матричном приемнике, а также в обратном ходе лучей при использовании в системах, формирующих параллельный пучок лучей от предмета, расположенного на конечном расстоянии (в качестве коллиматора или объектива бинокулярного микроскопа).

Известен объектив (патент Китая CN 213581568 U, дата публикации 29.06.2021), содержащий четыре линзы, расположенные последовательно на оптической оси, первая линза имеет отрицательную оптическую силу, вторая - положительную оптическую силу, третья линза имеет положительную оптическую силу и четвертая линза - отрицательную оптическую силу. Первая линза двояковогнутая, вторая и третья - двояковыпуклые, а четвертая линза отрицательный мениск. В объективе каждая из поверхностей третьей и четвертой линзы асферические с асферикой высокого порядка. Апертурная диафрагма расположена между первой и второй линзами.

Основным недостатком данного объектива является необходимость получения на поверхностях линз асферики высокого порядка, что, как правило, производится путем изготовления линз из пластика методом горячего прессования. Этот метод обеспечивает недостаточно высокое качество формообразования поверхности из-за термоусадки пластика и исходной погрешности изготовления прессформ. Поэтому такая система может эффективно работать только при малых фокусных расстояниях. Так, в приведенном в патенте примере конкретной реализации изобретения фокусное расстояние объектива составляет 3,2 мм.

Известен объектив (Патент РФ RU 2749179 С1, дата публикации 07.06.2021, бюл. №16), состоящий из двух двухлинзовых компонентов: первый компонент содержит двояковыпуклую линзу и двояковогнутую линзу, второй - двояковыпуклую линзу и отрицательный мениск, ориентированный выпуклой поверхностью к изображению. Все линзы разделены воздушными промежутками. Объектив имеет фокусное расстояние 714 мм, рабочий спектральный диапазон 430…1000 нм.

Недостатками объектива являются невысокое относительное отверстие (1:7) и малое угловое поле 2ω=0,5°.

Известен четырехлинзовый объектив (Патент РФ RU 2784320 С1, дата публикации 23.11.2022, бюл. №33), выбранный в качестве ближайшего аналога (прототипа), содержащий два компонента, разделенных воздушным промежутком, каждый из которых содержит отрицательную и положительную линзы, причем положительные линзы -двояковыпуклые, а отрицательная линза второго компонента - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом линзы в каждом из компонентов разделены воздушными промежутками, первая и третья линза объектива - положительные, вторая и четвертая - отрицательные. Входной зрачок совпадает с первой поверхностью объектива. Объектив имеет фокусное расстояние 613 мм, угловое поле зрения 2ω=0,5°. Объектив исправлен для видимой области спектра. Первая и третья линзы изготовлены из стекла, показатель преломления которого n_d и число Аббе v_d для линии спектра d отвечают условиям:

Основным недостатком объектива является низкая светосила (относительное отверстие 1:6). К недостаткам прототипа можно также отнести использование нетехнологичного материала - особого сорта стекла, используемого для изготовления положительных линз. Так условиям (1) и (2) в каталоге фирмы Шотт (Германия) отвечает только стекло марки N-PK52 (n_d=1,497004; v_d=81,63) - материал редкий и нетехнологичный при обработке (шлифовке и полировке); в каталогах отечественных производителей стекло, отвечающее требованиям (1) и (2) отсутствует.

Также известны жидкости с широким интервалом оптических свойств - осободисперсные жидкие среды, в том числе с особым ходом кривой дисперсии, которые могут использоваться в оптических системах в качестве оптических преломляющих сред (Петровский Г.Т., Токарев А.А., Волынкин В.М., Агринский М.В. Создание и применение жидких оптических сред с особым ходом дисперсии // Доклады Академии Наук СССР. 1988, Т. 302. №1. С. 95-98).

Задачами предлагаемого изобретения являются повышение относительного отверстия объектива и повышение технологичности.

Указанные задачи решаются тем, что в объективе, содержащем два компонента, разделенных воздушным промежутком, каждый из которых содержит отрицательную и положительную линзы, причем положительная линза первого компонента двояковыпуклая, а второго - выпукло-плоская, обращенная плоскостью к изображению, отрицательная линза второго компонента мениск, обращенный вогнутостью к изображению, в отличие от известного, первая линза выполнена отрицательной в форме мениска, обращенного вогнутостью к предмету, вторая и четвертая линза объектива положительные, а третья отрицательная, при этом линзы внутри первого и второго компонента разделены осободисперсными жидкими средами (ОЖС): в первом компоненте - средой, отвечающей условиям

а во втором компоненте средой, отвечающей условиям

апертурная диафрагма расположена перед первой поверхностью на расстоянии, равном где - фокусное расстояние объектива.

Объектив поясняется чертежом, где:

- фиг. 1 показывает оптическую схему конкретного варианта реализации предложенного объектива;

- фиг. 2 представляет уровень расчетного качества изображения, создаваемого объективом в точке на оси, который оценивается полихроматической функцией передачи модуляции;

- фиг. 3 представляет уровень расчетного качества изображения, создаваемого объективом в точке на краю поля зрения, который оценивается полихроматической функцией передачи модуляции.

Объектив может быть реализован по следующей оптической схеме (фиг. 1).

Схема состоит из апертурной диафрагмы 1 и двух четко выраженных компонентов - переднего (линза поз. 2, ОЖС поз. 3, линза поз. 4) и заднего (линза поз. 5, ОЖС поз. 6 и линза поз. 7), разделенных воздушным промежутком. Линза поз. 2 - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, ОЖС поз. 3 отвечает условиям (3), (4), линза поз. 4 - двояковыпуклая, линза поз. 5 - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, ОЖС поз. 6 отвечает условиям (5), (6), линза поз. 7 - выпукло-плоская, обращенная плоскостью к изображению.

Объектив работает следующим образом (см. фиг. 1). Параллельный пучок лучей от удаленного предмета проходит через апертурную диафрагму поз.1 на первую поверхность линзы поз.2, преломившись на ней, далее проходит через линзу поз.2 на вторую поверхность, разделяющую стекло линзы поз.2 и ОЖС поз. 3 и преломившись, проходит через ОЖС поз. 3 далее, последовательно преломляясь на поверхностях раздела ОЖС поз. 3 - линза поз. 4, линза поз. 4 - воздух, воздух - линза поз. 5, линза поз. 5 - ОЖС поз. 6, ОЖС поз. 6 - линза поз. 7 и линза поз. 7 - воздух, строит изображение предмета в фокальной плоскости.

Ниже приведен один из возможных вариантов конкретной реализации предложенного объектива.

Объектив имеет следующие характеристики: Фокусное расстояние 90,5 мм; Относительное отверстие 1:2,5; Поле зрения 2°;

Спектральный диапазон работы - видимый (486-565 нм).

Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 1. Расчетное качество изображения, создаваемое предложенным объективом, иллюстрируется графиками на фиг. 2 и фиг. 3. Из графиков видно, что коэффициент передачи модуляции (модуль оптической передаточной функции) на пространственной частоте 100 лин/мм составляет не менее 0,5 как для точки на оси (фиг.2) так и для точки на краю поля (фиг. 3).

Объектив выполнен со сферическими поверхностями с использованием серийно выпускаемых отечественных сортов стекла, что обеспечивает возможность его промышленного изготовления.

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Объектив состоит из апертурной диафрагмы и двух двухлинзовых компонентов, разделенных воздушным промежутком. Первая линза объектива - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, вторая - двояковыпуклая, третья - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, четвертая - выпукло-плоская, обращенная плоскостью к изображению. Линзы внутри первого и второго компонента разделены осободисперсными жидкими средами (ОЖС): в первом компоненте - средой, отвечающей условиям 1,404≤n_d≤1,417, 53≤v_d≤56, а во втором компоненте - средой, отвечающей условиям 1,310≤n_d≤1,330, 80≤v_d≤83. Технический результат изобретения - повышение относительного отверстия и улучшение технологичности. 3 ил.

Объектив, содержащий два компонента, разделенных воздушным промежутком, каждый из которых содержит отрицательную и положительную линзы, причем положительная линза первого компонента двояковыпуклая, а второго - выпукло-плоская, обращенная плоскостью к изображению, отрицательная линза второго компонента мениск, обращенный вогнутостью к изображению, отличающийся тем, что первая линза выполнена отрицательной в форме мениска, обращенного вогнутостью к предмету, вторая и четвертая линза объектива положительные, а третья отрицательная, при этом линзы внутри первого и второго компонента разделены осободисперсными жидкими средами (ОЖС): в первом компоненте - средой, отвечающей условиям

1,404≤n_d≤1,417,

53≤v_d≤56,

а во втором компоненте средой, отвечающей условиям

1,310≤n_d≤1,330,

80≤v_d≤83,

апертурная диафрагма расположена перед первой поверхностью на расстоянии, равном , где - фокусное расстояние объектива.