Светосильный объектив-апохромат (варианты)

Светосильный объектив-апохромат (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое техническое решение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве объектива в фото- и видеокамерах.

Известны светосильные объективы-апохроматы, содержащие два положительных компонента, расположенных на большом расстоянии друг от друга, и одиночную отрицательную линзу, расположенную вблизи плоскости изображения (патент США №6208459 В1 (вариант 2), патент США №4929071, патент США №5210646 (вариант 20).

Объектив, приведенный в патенте США №6208459 В1 (вариант 2), имеет двухлинзовые первый и второй положительные компоненты, расположенные на большом расстоянии друг от друга, и одиночную отрицательную линзу, расположенную вблизи плоскости изображения. Недостатком этого объектива является его невысокая светосила (относительное отверстие равно 1:3,2).

В патенте США №4929071 описан объектив-апохромат, имеющий усложненные многолинзовые компоненты: первый положительный компонент содержит пять линз, второй положительный компонент - четыре линзы. Относительное отверстие этого объектива достигает 1:2. К недостаткам этого объектива следует отнести невысокое поле зрения, равное 4,2°.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению (прототипом) является светосильный объектив-апохромат, описанный в патенте США №5210646 (вариант 20).

Данный объектив-апохромат имеет первый и второй положительные компоненты, расположенные на расстоянии больше 0,3 фокусного расстояния, и одиночную отрицательную линзу с первой вогнутой поверхностью. Первый компонент содержит три линзы, из которых последовательно по ходу лучей первая линза положительная двояковыпуклая, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью. Второй компонент содержит три линзы, из которых две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей линза положительная с первой выпуклой поверхностью.

Недостатком этого объектива является невысокая светосила и невысокое качество изображения. При фокусном расстоянии, равном 100 мм, относительное отверстие этого объектива составляет 1:3,5, угол поля зрения равен 12°.

Задачей заявляемого технического решения является разработка светосильного объектива-апохромата с высоким качеством изображения.

Это достигается тем, что светосильный объектив-апохромат, состоящий из первого положительного компонента, содержащего три линзы, из которых последовательно по ходу лучей первая линза положительная двояковыпуклая, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, второго положительного компонента, содержащего три линзы, из которых две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, расстояние между первым и вторым компонентами больше 0,3 фокусного расстояния объектива, отличается тем, что в первый компонент перед первой линзой введен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент содержит последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

Во втором варианте решения светосильный объектив-апохромат отличается тем, что в первый компонент перед первой линзой введен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, а во второй компонент, содержащий последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, после третьей линзы введена отрицательная линза с первой вогнутой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

Представленные иллюстрации поясняют суть предлагаемого решения.

На фиг.1 изображена оптическая схема светосильного объектива-апохромата по первому варианту решения.

На фиг.2 изображена оптическая схема светосильного объектива-апохромата по второму варианту решения.

Светосильный объектив-апохромат состоит из первого положительного компонента 10, второго положительного компонента 20 и одиночной отрицательной линзы 31. Расстояние между первым 10 и вторым 20 компонентами больше 0,3 фокусного расстояния объектива. Первый положительный компонент 10 состоит из четырех линз. Последовательно по ходу лучей первая линза 11 отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, вторая линза 12 положительная двояковыпуклая, третья линза 13 отрицательная с первой вогнутой поверхностью, четвертая линза 14 положительная с первой выпуклой поверхностью. Второй положительный компонент 20 содержит три линзы. Последовательно по ходу лучей первая линза 21 отрицательная с первой вогнутой поверхностью, вторая линза 22 положительная со второй выпуклой поверхностью, третья линза 23 положительная с первой выпуклой поверхностью. Одиночная отрицательная линза 31 имеет первую поверхность вогнутую, при этом расстояние между вторым компонентом 20 и одиночной отрицательной линзой 31 меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

Апертурная диафрагма, являющаяся входным зрачком, совпадает с вершиной первой поверхности первой линзы 11 первого компонента 10.

Во втором варианте решения во втором компоненте 20 после третьей положительной линзы 23 введена отрицательная линза 24 с первой вогнутой поверхностью.

Объектив работает следующим образом. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, проходит через первый компонент 10, содержащий линзы 11, 12, 13, 14, второй компонент 20, содержащий линзы 21, 22, 23, одиночную отрицательную линзу 31, и строит изображение предмета в плоскости изображения.

В соответствии с предложенным решением по первому варианту решения получен объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице 1.

Таблица 1
Радиусы, мм	Толщины, мм	Марки стекол
r1=117,71	d1=6	K8
r2=68,072	d2=4
r3=76,274	d3=17,3	CaF2
r4=-79,414	d4=2,7
r5=-75,475	d5=5,3	ОФ6
r6=-714,37	d6=1,3
r7=58,916	d7=14	CaF2
Г8=-1078,7	d8=64,23
r9=-35,854	d9=4,7	ОФ4
r10=-60,938	d10=1,3
r11=127,19	d11=10	CaF2
r12=-53,536	d12=1,3
r13=40,913	d13=8	CaF2
r14=795,81	d14=9,75
r15=-49,875	d15=2,1	ОФ6
r16=42,908	d16=3
r17 - плоскость	d17=1	K8
r18 - плоскость

Характеристики объектива:

- фокусное расстояние - 100 мм;

- относительное отверстие - 1:1,8;

- угловое поле зрения - 8,4°;

- рабочий спектральный диапазон - 0,404...0,766 мкм.

Объектив имеет следующие аберрации для длины волны λо=0,546 мкм:

- продольная сферическая аберрация для точки на оси не более 0,009 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,005 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,014 мм;

- относительная дисторсия не более 0,1%.

Объектив имеет хроматические аберрации для спектрального диапазона 0,404...0,766 мкм:

- вторичный спектр положения не более 0,024 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,006 мм.

В соответствии с предложенным решением по второму варианту решения получен объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице 2.

Таблица 2
Радиусы, мм	Толщины, мм	Марки стекол
r1=153,81	d1=6	K8
r2=74,057	d2=3,5
r3=82,062	d3=17	CaF2
r4=-84,277	d4=3
r5=-79,517	d5=6	ОФ6
r6=-375,01	d6=1,3
r7=58,976	d7=14,5	CaF2
r8=-10434	d8=63,946
r9=-33,647	d9=4,7	ОФ4
r10=-57,093	d10=1,3
r11=-393,65	d11=10	CaF2
r12=-44,148	d12=1,3
r13=43,786	d13=9	CaF2
r14=-170,87	d14=4
r15=-71,208	d15=4	ОФ4
r16=-106,15	d16=6,7
r17=-49,283	d17=2,1	TK23
r18=49,402	d18=3
r19 - плоскость	d19=1	K8
r20 - плоскость

Характеристики объектива:

- фокусное расстояние - 100 мм;

- относительное отверстие - 1:1,8;

- угловое поле зрения - 8,4°;

- рабочий спектральный диапазон - 0,404...0,766 мкм.

Объектив имеет следующие аберрации для длины волны λо=0,546 мкм:

- продольная сферическая аберрация для точки на оси не более 0,004 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,006 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,017 мм;

- относительная дисторсия не более 0,1%.

Объектив имеет хроматические аберрации для спектрального диапазона 0,404...0,766 мкм:

- вторичный спектр положения не более 0,022 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,005 мм.

Таким образом, техническим результатом заявляемого решения является создание светосильного объектива-апохромата с относительным отверстием 1:1,8, угловым полем зрения 8,4° и высоким качеством изображения.

1. Светосильный объектив-апохромат, состоящий из первого положительного компонента, содержащего три линзы, из которых последовательно по ходу лучей первая линза положительная двояковыпуклая, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, второго положительного компонента, содержащего три линзы, из которых две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, расстояние между первым и вторым компонентами больше 0,3 фокусного расстояния объектива, отличающийся тем, что в первый компонент перед первой линзой введен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, второй компонент содержит последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

2. Светосильный объектив-апохромат, состоящий из первого положительного компонента, содержащего три линзы, из которых последовательно по ходу лучей первая линза положительная двояковыпуклая, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, второго положительного компонента, содержащего три линзы, из которых две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, расстояние между первым и вторым компонентами больше 0,3 фокусного расстояния объектива, отличающийся тем, что в первый компонент перед первой линзой введен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, а во второй компонент, содержащий последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, после третьей линзы введена отрицательная линза с первой вогнутой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.