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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья 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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, причем 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, при этом расстояние между вторым компонентом и 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 после второй отрицательной линзы введена положительная линза со второй выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

В третьем 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 после второй отрицательной линзы введена отрицательная линза со второй вогнутой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

В четвертом 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 перед второй отрицательной линзой введена положительная линза с первой выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и 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.

На фиг.3 изображена оптическая схема светосильного объектива-апохромата по третьему варианту решения.

На фиг.4 изображена оптическая схема светосильного объектива-апохромата по четвертому 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 положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза 22 отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза 23 положительная с первой выпуклой поверхностью. Отрицательная линза 31 имеет первую поверхность вогнутую, при этом расстояние между вторым компонентом 20 и 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 второй отрицательной линзы 22 введена положительная линза 24 со второй выпуклой поверхностью.

В третьем варианте решения во втором компоненте 20 после второй отрицательной линзы 22 введена отрицательная линза 24 со второй вогнутой поверхностью.

В четвертом варианте решения во втором компоненте 20 перед второй отрицательной линзой 22 введена положительная линза 24 с первой выпуклой 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=66,926	d1=6	K8
r2=56,663	d2=4
r3=76,605	d3=17,3	CaF2
r4=-76,214	d4=2,7
r5=-72,848	d5=5,3	ОФ6
r6=430,92	d6=1,3
r7=56,344	d7=13,3	CaF2
r8=-11032	d8=46,78
r9=46,631	d9=9,3	СТК3
r10=-3775,3	d10=2,7
r11=-128,8	d11=4	ОФ4
r12=48,47	d12=13,3
r13=46,286	d13=6	СТК3
r14=-1085,5	d14=6,7
r15=-37,224	d15-2,1	ОФ4
r16=292,75	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 λo=0,546 мкм:

- продольная сферическая аберрация для точки на оси не более 0,007 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,005 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,014 мм;

- относительная дисторсия не более 0,7%.

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

- вторичный спектр положения не более 0,020 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,003 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=83,604	d1=6	K8
r2=63,804	d2=4
r3=78,042	d3=16,7	CaF2
r4=-81,718	d4=2,7
r5=-77,16	d5=5,3	ОФ6
r6=965,49	d6=1,3
r7=56,756	d7=14	CaF2
r8=-1453,1	d8=47,675
r9=68,549	d9=8	TK23
r10=-364,74	d10=5,3
r11=-49,857	d11=4	ОФ6
r12=61,487	d12=5,3
r13=56,729	d13=10	CaF2
r14=-47,347	d14=1,3
r15=57,521	d15=6	TK23
r16=299,97	d16=6,7
r17=-42,177	d17=2,1	TK23
r18=57,782	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 0,008 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,005 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,019 мм;

- относительная дисторсия не более 0,3%.

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

- вторичный спектр положения не более 0,012 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,002 мм.

В соответствии с предложенным решением по третьему варианту решения получен объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице 3.

Таблица 3
Радиусы, мм	Толщины, мм	Марки стекол
r1=105,23	d1=6	K8
r2=62,78	d2=4
r3=69,116	d3=18	CaF2
r4=-80,943	d4=2,7
r5=-76,642	d5=5,3	ОФ6
r6=-2272,8	d6=1,3
r7=55,508	d7=14	CaF2
r8=2942,9	d8=49,735
r9=96,116	d9=8	TK23
r10=-306,13	d10=5,3
r11=-44,697	d11=4	ОФ4
r12=-103,28	d12=1,3
r13=35,381	d13=4,7	ОФ4
r14=26,948	d14=5,3
r15=47,01	d15=8,7	CaF2
r16=-44,608	d16=6,7
r17=-34,46	d17=2,1	TK23
r18=82,128	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 0,011 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,007 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,017 мм;

- относительная дисторсия не более 0,7%.

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

- вторичный спектр положения не более 0,014 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,003 мм.

В соответствии с предложенным решением по четвертому варианту решения получен объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице 4.

Таблица 4
Радиусы, мм	Толщины, мм	Марки стекол
r1=61,265	d1=6	K8
r2=54,189	d2=4
r3=77,741	d3=17,3	CaF2
r4=-74,686	d4=2,7
r5=-70,266	d5-5,3	ОФ6
r6=401,94	d6=1,3
r7=55,607	d7=13,3	CaF2
r8=-4700,4	d8=44,816
r9=62,219	d9=7,3	TK23
r10=108,86	d10=1,3
r11=47,185	d11=8	CaF2
r12=-3320,6	d12=4
r13=-57,36	d13=4	ОФ6
r14=33,061	d14=4
r15=42,333	d15=8	TK23
r16=-51,094	d16=6,7
r17=-34,231	d17=2,4	TK23
r18=214,619	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 0,014 мм;

- меридиональный астигматический отрезок не более 0,009 мм;

- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,017 мм;

- относительная дисторсия не более 0,7%.

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

- вторичный спектр положения не более 0,013 мм;

- вторичный спектр увеличения не более 0,003 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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, причем 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, 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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, причем 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 после второй отрицательной линзы введена положительная линза с второй выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

3. 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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, причем 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 после второй отрицательной линзы введена отрицательная линза с второй вогнутой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.

4. 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 последовательно по ходу лучей первая линза положительная с первой выпуклой поверхностью, вторая линза отрицательная с первой вогнутой поверхностью, третья линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, причем 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 перед второй отрицательной линзой введена положительная линза с первой выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.