Объектив

Изобретение может быть использовано, в том числе, в телекамерах, работающих с приемной матрицей. Объектив состоит из четырех одиночных линз по ходу лучей: первой - выпукло-плоской линзы, второй - положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, третьей - двояковогнутой линзы, четвертой - двояковыпуклой линзы. За четвертой линзой может быть расположен светофильтр и одна или несколько плоскопараллельных пластин и одна или несколько призм. Объектив может работать также и в обратном ходе лучей в качестве коллиматора. В объективе выполняются соотношения между конструктивными параметрами, указанные в формуле изобретения. Технический результат - увеличение фокусного расстояния, повышение качества изображения при высоком уровне технологичности. 1 ил., 2 табл.

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических приборах, в том числе в телекамерах, работающих с приемной матрицей.

Известен четырехлинзовый фотографический объектив (патент Германии №403706, 42h 4/05, публ. 1924 г.), в котором первая линза по ходу лучей - двояковыпуклая, вторая - двояковогнутая, третья - двояковыпуклая и четвертая линза - положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению. Однако этот объектив, пересчитанный на фокусное расстояние 120 мм при относительном отверстии 1:2,5 и угле поля зрения 2W=11 град. имеет недостаточно высокое качество изображения. Поперечная сферическая аберрация для точки на оси достигает величины 0,339 мм, а для широких наклонных пучков в меридиональном и сагиттальном сечении - 0,327 мм и 0,355 мм соответственно.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является четырехлинзовый фотографический объектив (патент США №2170428, G02В 13/00, публ. 1939 г.), состоящий из четырех одиночных линз, в котором первая по ходу лучей - двояковыпуклая линза, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, третья - двояковогнутая и четвертая линза - двояковыпуклая. В объективе радиусы кривизны первой поверхности по ходу лучей первой и второй линз и второй поверхности четвертой линзы по модулю меньше фокусного расстояния всего объектива; радиус кривизны первой поверхности первой линзы больше 55% фокусного расстояния всего объектива; радиус кривизны вогнутой поверхности второй линзы больше фокусного расстояния всего объектива; радиус кривизны первой поверхности двояковогнутой линзы больше радиуса кривизны ее второй поверхности, который более 25% фокусного расстояния всего объектива; воздушный промежуток между третьей и четвертой линзой больше, чем воздушный промежуток между второй и третьей линзой и меньше 30% фокусного расстояния всего объектива, и толщина второй линзы больше 12% и меньше 30% фокусного расстояния всего объектива. Кроме того, имеют место условия:

n1=n2=n4=1,6138

1,66<n3<1,89

ν124=56,3

23<ν3<33

где n1, n2 n3, n4 - показатели преломления материала первой, второй, третьей и четвертой линзы для линии d;

ν1, ν2, ν3, ν4 - коэффициенты дисперсии материала первой, второй, третьей и четвертой линзы для линии d.

Кроме того, в объективе радиус кривизны первой поверхности первой линзы больше радиуса кривизны первой поверхности второй линзы; отношение радиуса кривизны по модулю второй поверхности второй линзы к радиусу кривизны ее первой поверхности равно 1,573; отношение радиуса кривизны по модулю первой поверхности третьей линзы к радиусу кривизны ее второй поверхности равно 3,936; отношение радиуса кривизны по модулю первой поверхности четвертой линзы к радиусу кривизны ее второй поверхности равно 3,12; а отношение толщины третьей линзы к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,02.

Объектив имеет более высокое качество изображения, чем объектив по патенту Германии №403706.

Этот объектив близок по конструкции к заявляемому, однако имеет недостаточно большое фокусное расстояние - 100 мм и при относительном отверстии 1:2,5 и угле поля зрения 2W=11 град. имеет недостаточно высокое качество изображения. Поперечная сферическая аберрация для точки на оси достигает величины - 0,0793 мм, а для широких наклонных пучков в меридиональном и сагиттальном сечении - 0,0603 мм и 0,0821 мм соответственно, и значительный меридиональный астигматический отрезок (-0,263 мм). Объектив недостаточно технологичен, так как он не содержит плоских оптических поверхностей и не имеет равных по модулю радиусов кривизны оптических поверхностей.

Задачей заявляемого изобретения является создание объектива с увеличенным фокусным расстоянием, повышенным качеством изображения и повышенной технологичностью.

Технический результат обусловлен поставленной задачей и представляет собой увеличение фокусного расстояния, повышение качества изображения при высоком уровне технологичности объектива.

Это достигается тем, что в объективе, состоящем из четырех одиночных линз, последовательно установленных по ходу лучей: первой - положительной, второй - положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, третьей - двояковогнутой и четвертой - двояковыпуклой, и в котором выполнены условия:

n1=n2=n4

1,66<n3<1,89

23<ν3<33

d4<d6<0,3f′

0,12f′<d3<0,3f′;

где n1, n2, n3, n4 - показатели преломления материала первой, второй, третьей и четвертой линз для линии d;

ν3 - коэффициент дисперсии материала третьей линзы для линии d;

d4, d6 - воздушные промежутки между второй и третьей, третьей и четвертой линзами;

f' - фокусное расстояние всего объектива;

d3 - толщина второй линзы - положительного мениска;

в отличие от известного первая линза выполнена выпукло-плоской, и имеют место соотношения:

1,56<n1=n2=n4<1,6135

57<ν12=v4<65,5

|R1|<|R3|

|R3|<|R8|

1,7<|R4|/|R3|<2,7

4,1<|R5|/|R6|<5,5

1<|R7|/|R8|<2,5

0,05<d5/f′<0,2;

где ν1, ν2, ν4 - коэффициенты дисперсии материала первой, второй, четвертой линзы для линии d;

R1, R3, R4, R5, R6, R7, R8 - радиусы кривизны первой, третей, четвертой, пятой, шестой, седьмой, восьмой оптических поверхностей;

d5 - толщина двояковогнутой линзы.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива. Объектив состоит из четырех одиночных линз по ходу лучей: первой - выпукло-плоской линзы 1, второй - положительного мениска 2, обращенного вогнутостью к изображению, третьей - двояковогнутой линзы 3, четвертой - двояковыпуклой линзы 4. За линзой 4 может быть расположен светофильтр и одна или несколько плоскопараллельных пластин и одна или несколько призм.

Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив. Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан). Объектив может работать также и в обратном ходе лучей в качестве коллиматора.

В соответствии с предложенным решением рассчитан объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 480 до 660 нм.

Конструктивные параметры рассчитанного объектива приведены в табл.1.

Характеристики рассчитанного объектива:

фокусное расстояние 120,1 мм
относительное отверстие 1:2,5
угол поля зрения 11 град.
задний фокальный отрезок 44,7 мм
входной зрачок совпадает
с первой поверхностью

В рассчитанном объективе выполнены условия:

1,56<n1=n2=n4<1,6135, т.к. n1=n2=n4=1,613091
1,66<n3<1,89 n3=1,717912
23<ν3<33 ν3=29,53
d4<d6<0,3f′ d4=5,38; d6=22,74; 0.3f′=36,03
0,12f′<d3<0,3f′ 0,12f′=14,412; d3=22,74
57<ν12=v4<65,5 ν12=v4=60,58
|R1|<|R3| |R1|=72,023; |R3|=73,698
|R3|=|R8|=73,698 |R8|=73,698
1,7<|R4|/|R3|<2,7 |R4|/|R3|=156,122/73,698=2,11
4,1<|R5|/|R6|<5,5 |R5|/|R6|=188,139/38,645=4,86
1<|R7|/|R8|<2,5 |R7|/|R8|=101,044/73,698=1,37
0,05<d5/f′<0,2 d5/f′=13,83/120,1=0,115

В табл.2 приведены аберрации для длины волны 587,56 нм ближайшего аналога и рассчитанном объектива.

Рассчитанный объектив имеет фокусное расстояние 120,1 мм, большее, чем в ближайшем аналоге. Кроме того, в предложенном объективе одна оптическая поверхность выполнена плоской, и две имеют равные радиусы кривизны, что обеспечивает ему более высокую технологичность. Предложенный объектив имеет более высокое качество изображения, что следует из табл.2.

Таблица 1
Радиус, мм Толщина, мм Марка стекла Показатель преломления nd Коэфф. дисперсии νd Световой диаметр, мм
R1=72,023 48
d1=9,22 TK14 1,613091 60,58
R2=∞ 46,7
d2=0,61 1
R3=73,698 44,9
d3=22,74 TK14 1,613091 60,58
R4=156,122 36,4
d4=5,38 1
R5=-188,139 34,5
d5=13,83 ТФ103 1,717912 29,53
R6=38,645 30,5
d6=22,74 1
R7=101,044 35,5
d7=9,53 TK14 1,613091 60,58
R8=-73,698 35,5
d8=15,4 1
R9=∞ 32,1
d9=1,54 K8 1,516373 64,07
R10=∞ 31,9
Таблица 2
Вид аберрации Значение аберрации
Ближайший аналог Предложенный объектив
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:2,5 0,0793 мм 0,01 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=11 град. 0,0603 мм 0,017 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=11 град. 0,0821 мм 0,035 мм
Меридиональный астигматический отрезок Х′м для поля зрения 2W=11 град. -0,263 мм -0,154 мм
Сагиттальный астигматический отрезок X′s для поля зрения 2W=11 град. -0,2 мм -0,22 мм
Астигматизм для поля зрения 2W=11 град. -0,063 мм 0,0658 мм
Дисторсия для поля зрения 2W=11 град. 0,063% 0,074%

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан объектив с увеличенным фокусным расстоянием, с повышенным качеством изображения при высоком уровне технологичности.

Объектив, состоящий из четырех одиночных линз, последовательно установленных по ходу лучей: первой - положительной, второй - положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, третьей - двояковогнутой и четвертой - двояковыпуклой, у которогоn1=n2=n4 1,66<n3<1,8923<ν3<33d4<d6<0,3f′0,12f′<d3<0,3f′,где n1, n2, n3, n4 - показатели преломления материала первой, второй, третьей и четвертой линз для линии d;ν3 - коэффициент дисперсии материала третьей линзы для линии d;d4, d6 - воздушные промежутки между второй и третьей, третьей и четвертой линзами;f′ - фокусное расстояние всего объектива;d3 - толщина второй линзы - положительного мениска,отличающийся тем, что первая линза выполнена выпуклоплоской и имеют место соотношения1,56<n1=n2=n4<1,613557<ν12=v4<65,5|R1|<|R3||R3|<|R8|1,7<|R4|/|R3|<2,74,1<|R5|/|R6|<5,51<|R7|/|R8|<2,50,05<d5/f′<0,2,где ν1, ν2, ν4 - коэффициенты дисперсии материала первой, второй, четвертой линзы для линии d;R1, R3, R4, R5, R6, R7, R8 - радиусы кривизны первой, третьей, четвертой, пятой, шестой, седьмой, восьмой оптических поверхностей;d5 - толщина двояковогнутой линзы.