Светосильный объектив

Светосильный объектив

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве приемного объектива в оптических приборах, работающих с фотоприемными устройствами, например с ПЗС-матрицами, в том числе и в ИК-диапазоне спектра.

Известна оптическая система линзового объектива для аэрофотографии [Патент США №2628532, НКИ 350-466, публ. 1953 г.]. Однако данный объектив имеет сложную конструкцию (состоит из 11-ти линз) и недостаточное относительное отверстие 1:3,5.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является линзовая система объектива для микрофильмирования [Патент США №4200352, НКИ 350/1.2; 350/214, публ. 1980 г., реализация 1], состоящая из семи компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - одиночная двояковыпуклая линза, причем радиус кривизны ее первой оптической поверхности по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности, второй - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, четвертый компонент - склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линзы, пятый - положительный компонент - склеенный из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, шестой компонент - одиночная двояковыпуклая линза и седьмой компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету и склеенный из отрицательного и положительного менисков. Апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами.

Данный объектив, пересчитанный на фокусное расстояние 64,7 мм, при работе из бесконечности при относительном отверстии 1:1,5 и линейном поле в пространстве изображений 2У'=43,26 мм имеет недостаточное качество изображения. Так, для длины волны 587,56 нм на краю поля зрения он имеет поперечную аберрацию в меридиональном сечении 0,8419 мм и дисторсию - 4,22%.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с повышенным качеством изображения.

Технический результат - повышение качества изображения.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из семи компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - одиночная положительная линза, причем радиус кривизны ее первой оптической поверхности по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности, второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, четвертый компонент - склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линзы, пятый компонент - положительный, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические, шестой компонент - положительный, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические, и седьмой компонент - мениск, в отличие от известного, первый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, второй компонент склеен из двух положительных менисков, пятый компонент - одиночная линза, шестой компонент склеен из двух оптических элементов - первого, внешние оптические поверхности которого выпуклые сферические, и второго оптического элемента - одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а седьмой компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы, обращенной выпуклостью к изображению.

Кроме того, показатель преломления первого по ходу лучей мениска второго компонента может быть меньше показателя преломления второго мениска второго компонента для линии спектра е; первый оптический элемент шестого компонента может быть склеен из двух и более линз и плоскопараллельных пластин из одной марки стекла.

На фигуре изображена оптическая схема светосильного объектива.

Светосильный объектив состоит по ходу лучей из одиночного положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к предмету, положительного мениска 2, обращенного выпуклостью к предмету, склеенного с положительным мениском 3, обращенным выпуклостью к предмету, одиночного отрицательного мениска 4, обращенного выпуклостью к предмету, двояковогнутой линзы 5, склеенной с двояковыпуклой линзой 6, одиночной двояковыпуклой линзы 7, двояковыпуклого оптического элемента 8, склеенного с отрицательным мениском 9, обращенным вогнутостью к предмету, одиночного отрицательного мениска 10, обращенного выпуклостью к изображению, и плоскопараллельной пластины 11. Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 11,15 мм за линзой 4.

Светосильный объектив работает следующим образом.

Световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в бесконечности, проходит через светосильный объектив и изображается в плоскости наилучшей установки, в которой находится фотоприемное устройство, например ПЗС-матрица (не показано).

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан светосильный объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 589,3 нм до 852,1 нм с конструктивными данными, представленными в табл.1.

Рассчитанный светосильный объектив имеет следующие характеристики.

Фокусное расстояние объектива f'	64,7 мм
Относительное отверстие	1:15
Угловое поле в пространстве предметов	17 град. 14 мин
Линейное поле в пространстве изображений	2У'=43,26 мм
Задний фокальный отрезок	0,836 мм

В предлагаемом изобретении показатель преломления первого по ходу лучей мениска второго компонента равен 1,4485; а показатель преломления второго мениска второго компонента равен 1,747647 для линии спектра е.

Таблица 1
Радиусы, мм	Толщины, мм	Марка стекла	Показатель преломления ne	Коэфф. дисперсии, νe	Световой диаметр, мм
R1=-62,376					69
	d1=6,5	ТК21	1,659961	50,81
R2=-63,973					70,2
	d2=0,2		1
R3=59,836					59
	d3=7,7	ОК4	1,4485	91,53
R4=91,41					55,7
	d4=8	СТК19	1,747647	50,21
R5=252,922					52
	d5=0,2		1
R6=34,987					49,9
	d6=4	ТК21	1,659961	50,81
R7=29,039					38,8
	d7=14,05		1
R8=-59,295					35
	d8=13,15	Ф1	1,616878	36,7
R9=39,081					41,7
	d9=15,8	ОК4	1,4485	91,53
R10=-83,366					46
	d10=0,2		1
R11=49,99					55,4
	d11=15	СТК19	1,747647	50,21
R12=-190,943					54,6
	d12=0,2		1

Продолжение таблицы 1
Радиусы, мм	Толщины, мм	Марка стекла	Показатель преломления, ne	Коэфф. дисперсии, νe	Световой диаметр, мм
R13=162,53					52,5
	d13=41,8	ТК14	1,615506	60,34
R14=-24,21					41,2
	d14=6,35	ТФ8	1,694729	30,89
R15=-370,698					35,8
	d15=7		1
R16=-28,64					35,1
	d16=3,6	ТК21	1,659961	50,81
R17=-125,329					37,8
	d17=3,6		1
					41,7
	d18=0,76	К8	1,518294	63,83
					41,7

В табл.2 приведены аберрации для λ=0, 70652 мкм для предлагаемого светосильного объектива по варианту конкретного исполнения и аберрации для λ=0,58756 мкм для ближайшего аналога, пересчитанного на фокусное расстояние 64,7 мм. При этом плоскость предметов находится в бесконечности.

Предложенный светосильный объектив отличается повышенным качеством изображения по сравнению с ближайшим аналогом, что следует из табл.2.

Таблица 2
Вид аберрации	Ближайший аналог	Предложенный светосильный объектив (не более)
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:1,5	0,131 мм	-0,00649 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм	0,8419 мм	0,14 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм	0,4063 мм	0,029 мм
Меридиональный астигматический отрезок Хм для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм	0,966 мм	-0,0713 мм
Сагиттальный астигматический отрезок Xs для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм	0,598 мм	-0,0945 мм
Дисторсия для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм	-4,22%	-0,754%

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив с повышенным качеством изображения.

1. Светосильный объектив, состоящий из семи компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - одиночная положительная линза, причем радиус кривизны ее первой оптической поверхности по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности, второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, четвертый компонент - склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линзы, пятый компонент - положительный, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические, шестой компонент - положительный, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические и седьмой компонент - мениск, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, второй компонент склеен из двух положительных менисков, пятый компонент - одиночная линза, шестой компонент склеен из двух оптических элементов - первого, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические и второго оптического элемента - одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а седьмой компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы, обращенной выпуклостью к изображению.

2. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что показатель преломления первого по ходу лучей мениска второго компонента меньше показателя преломления второго мениска второго компонента для линии спектра е.

3. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что первый оптический элемент шестого компонента склеен из двух и более линз и плоскопараллельных пластин из стекла одной марки.