Телеобъектив

Телеобъектив

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических, например в визуальных телескопических, а также в ИК-оптических системах.

Известен телефотообъектив, описанный в патенте US №2327759, НКИ 359-748, опубликованный в 1943 г., представленный на фиг. 1, содержащий два компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный, состоящий из двух склеенных одиночных линз - двояковыпуклой и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению; а второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету. При этом фокусное расстояние объектива 100 мм, относительное отверстие 1:3,7, угол поля зрения 7 град, длина оптической системы (расстояние от первой до последней оптических поверхностей) 66,7 мм, задний фокальный отрезок 23,1 мм, коэффициент укорочения телеобъектива равен К_т=0,898.

Выполнены соотношения

n1=1,516	ϑ1=64
n2=1,617	ϑ2=36,6
n3=1,516	ϑ3=64

где d_в - величина воздушного промежутка между первым и вторым компонентами;

d - длина объектива;

d₃ - толщина третьей линзы;

- фокусное расстояние всего объектива;

- задний фокальный отрезок;

R₁, R₂, R₃, R₄ - радиусы первой, второй, четвертой и пятой оптических поверхностей;

n₁, ϑ₁ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала первой линзы;

n₂, ϑ₂ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала второй линзы;

n₃, ϑ₃ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала третьей линзы.

Однако данный телеобъектив имеет большой коэффициент укорочения телеобъектива, большое отношение длины объектива (расстояния от первой до последней оптических поверхностей) к фокусному расстоянию, малое отношение заднего фокального отрезка к фокусному расстоянию, которое не позволяет располагать за телеобъективом призму (или призмы) со значительной длиной хода лучей в стекле (крупногабаритные).

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является телеобъектив, описанный в патенте RU №2302651, МПК G02B 13/02, G02B 9/06, опубликованный 10.07.2007 г., содержащий два компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный, состоящий из склеенных двояковыпуклой и вогнутоплоской линз, второй компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, показатель преломления материала второго компонента менее 1,55, за вторым компонентом введен оптический преломляющий элемент с плоскими поверхностями.

Для телеобъектива выполнены следующие соотношения:

1,42<n1<1,5	66<ϑ1<98
1,619<n2<1,67	33<ϑ2<36,4

где d_В - величина воздушного промежутка между первым и вторым компонентами;

d₃ - толщина третьей линзы;

- фокусное расстояние всего объектива;

R₁, R₂, R₄, R₅ - радиусы первой, второй, четвертой и пятой оптических поверхностей;

n₁, ϑ₁ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала первой линзы;

n₂, ϑ₂ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала второй линзы.

Оптический преломляющий элемент с плоскими поверхностями может быть выполнен в виде призмы (или призм) или плоскопараллельной пластины (или пластин), причем выполняется условие

где d₄ - суммарная длина оптического хода лучей в оптическом элементе.

Однако данный телеобъектив имеет большое отношение длины объектива (расстояния от первой до последней оптических поверхностей) к фокусному расстоянию, равное 0,373, малое отношение заднего фокального отрезка к фокусному расстоянию, равное 0,423, и недостаточное угловое поле в пространстве предметов 2W=6 град.

Задачей заявленного изобретения является создание телеобъектива с улучшенными эксплуатационными и техническими характеристиками при высоком качестве изображения.

Технический результат - уменьшение отношения длины объектива к фокусному расстоянию, увеличение отношения заднего фокального отрезка к фокусному расстоянию и увеличение углового поля в пространстве предметов при высоком качестве изображения.

Это достигается тем, что в телеобъективе, содержащем два компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный, состоящий из двух склеенных линз - двояковыпуклой и отрицательной, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, и показатель преломления материала второго компонента менее 1,55, в отличие от известного, отрицательная линза первого компонента выполнена двояковогнутой и, кроме того, выполняются условия

1,5<n1<1,6	46<ϑ1<66
1,67<n2<1,77	21<ϑ2<33

где d_B - величина воздушного промежутка между первым и вторым компонентами;

- фокусное расстояние всего объектива;

R₁, R₂ - радиусы первой и второй оптических поверхностей;

n₁, ϑ₁ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала первой линзы;

n₂, ϑ₂ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала второй линзы.

Кроме того, может выполняться условие: 64,5<ϑ₃<100,

где ϑ₃ - коэффициент дисперсии для линии D материала третьей линзы.

На фигуре представлена оптическая схема предложенного телеобъектива.

Телеобъектив (см. чертеж) состоит из двух последовательно расположенных по ходу лучей от предмета компонентов и двух плоскопараллельных пластин, первый из компонентов состоит из двух склеенных линз - двояковыпуклой 1 и двояковогнутой 2, а второй компонент - отрицательный мениск 3, обращенный вогнутостью к предмету и плоскопараллельных пластин 4 и 5. Причем плоскопараллельная пластина 5 может также являться защитным стеклом.

Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив, то есть световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2 и 3, а затем через плоскопараллельные пластины 4 и 5, образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).

Предложенная оптическая система может также работать как объектив коллиматора в обратном ходе лучей.

Входной зрачок (апертурная диафрагма) расположен на первой поверхности, но она может находиться и в другом месте.

В соответствии с предложенным решением рассчитаны два варианта телеобъективов, исправленных в спектральном диапазоне от 480 нм до 660 нм, причем основная расчетная длина волны λ=546 нм.

Конструктивные параметры телеобъектива по первому варианту исполнения приведены в таблице 1.

Характеристики рассчитанного объектива по первому варианту исполнения:

фокусное расстояние f'	167,91 мм
относительное отверстие	1:5,6
угол поля зрения	8 град
длина оптической системы объектива
(расстояние от первой до последней
оптических поверхностей)	58,9 мм
задний фокальный отрезок	75 мм
коэффициент укорочения телеобъектива Кт	0,797
отношение длины объектива
(расстояния от первой до последней
оптических поверхностей)
к фокусному расстоянию	0,351
отношение заднего фокального отрезка
к фокусному расстоянию	0,447

Для первого варианта исполнения телеобъектива выполнены следующие условия:

n1=1,5163	ϑ1=64,05
n2=1,6893	ϑ2=31,12
n3=1,5163	ϑ3=64,05

Конструктивные параметры телеобъектива по второму варианту исполнения приведены в таблице 2.

Характеристики рассчитанного объектива по второму варианту исполнения:

фокусное расстояние f'	167,89 мм
относительное отверстие	1:5,6
угол поля зрения	8 град
длина оптической системы объектива
(расстояние от первой до последней
оптических поверхностей)	58,8 мм
задний фокальный отрезок	75,11 мм
коэффициент укорочения телеобъектива Кт	0,798
отношение длины объектива
(расстояния от первой до последней
оптических поверхностей)
к фокусному расстоянию	0,35
отношение заднего фокального отрезка
к фокусному расстоянию	0,447

Для второго варианта исполнения телеобъектива выполнены следующие условия:

n1=1,5163	ϑ1=64,05
n2=1,6893	ϑ2=31,12
n3=1,4874	ϑ3=70,02

В таблице 3 приведены аберрации для λ=546 нм первого и второго рассчитанных вариантов телеобъектива.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан телеобъектив с уменьшенным отношением длины объектива к фокусному расстоянию, увеличенным отношением заднего фокального отрезка к фокусному расстоянию и увеличенным угловым полем в пространстве предметов при высоком качестве изображения.

1. Телеобъектив, содержащий два компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный, состоящий из двух склеенных линз - двояковыпуклой и отрицательной, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, и показатель преломления материала второго компонента менее 1,55, отличающийся тем, что отрицательная линза первого компонента выполнена двояковогнутой и, кроме того, выполняются условия

1,5<n₁<1,6

1,67<n₂<1,77

46<ϑ₁<66

27<ϑ₂<33,

где d_в - величина воздушного промежутка между первым и вторым компонентами;

- фокусное расстояние всего объектива;

R₁, R₂ - радиусы первой и второй оптических поверхностей;

n₁, ϑ₁ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала первой линзы;

n₂, ϑ₂ - показатель преломления и коэффициент дисперсии для линии D материала второй линзы.

2. Телеобъектив по п. 1, отличающийся тем, что выполняется условие 64,5<ϑ₃<100,

где ϑ₃ - коэффициент дисперсии для линии D материала третьей линзы.