Апохроматический объектив
Владельцы патента RU 2547005:
Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" (RU)
Объектив содержит по ходу луча три компонента. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений. Второй компонент выполнен в виде положительного мениска, склеенного из расположенной первой положительной линзы и отрицательной линзы. Третий компонент отрицательный, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Показатели преломления и коэффициенты средней дисперсии материалов линз удовлетворяют соотношениям, приведенным в формуле изобретения. Объектив может быть дополнен светоделительной призмой, установленной между третьим компонентом и плоскостью изображения. Технический результат - повышение светосилы при сохранении качества изображения путем подбора комбинации стекол и коррекции аберраций, обеспечивающей снижение хроматизма положения и исправления остаточного астигматизма. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве объективов в различных приборах, например, объективах телевизионной камеры или телевизионно-дальномерного канала.
Известны апохроматические объективы, описанные в патентах RU №2433432, МПК G02B 9/12, опубл. 10.02.2011 г., RU №2331094, МПК G02B 9/28, опубл. 10.08.2008 г. Данные объективы обладают невысокой светосилой, что ограничивает их использование в телевизионных системах при низких уровнях освещенности.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является апохроматический объектив, описанный в патенте RU №2429508, МПК G02B 9/14, опубл. 20.09.2011 г. Данный объектив состоит по ходу лучей из трех компонентов: первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, второй компонент - в виде мениска, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, третий компонент обращен вогнутой стороной к плоскости изображений и выполнен в виде близкорасположенных линз, первая из которых двояковыпуклая, вторая -отрицательная линза. Преломляющие поверхности линз являются сферическими. Линзы выполнены из двух марок оптических стекол. Показатели преломления и коэффициенты средней дисперсии материалов линз удовлетворяют соотношению: 1,82<n1<1,9; 1,57<n2<1,65; 21<ν1<30; 60<ν2<67, кроме того, данный объектив имеет невысокую светосилу, которая равна 1:7.
Задача изобретения - создание апохроматического объектива с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат - повышение светосилы объектива при сохранении качества изображения путем подбора комбинации стекол и коррекции аберраций, обеспечивающих снижение хроматизма положения и исправления остаточного астигматизма.
Это достигается тем, что в апохроматическом объективе, содержащем по ходу луча три компонента, первый из которых выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, второй - в виде склеенного из двух линз мениска, одна из которых положительная, а другая - отрицательная, третий компонент отрицательный, содержащий положительную и отрицательную линзы, в отличие от известного, мениск первого компонента выполнен в виде склеенного дублета из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент положительный и первая линза в котором положительная, а третий компонент - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, при этом показатели преломления и коэффициенты средней дисперсии материалов линз удовлетворяют соотношениям:
1,6>nD1=nD3=nD5≥1,7
50≥υD1=υD3=υD5≥61
1,65≥nD2≥1,76
26≥υD2≥33
1,7≥nD4≥1,8
48≥υD4≥54
1,5≥nD6≥1,6
50≥υD6≥54
где nD1….6 - коэффициенты преломления материала 1-6 линз на длине волны соответствующей линии D спектра;
υD1….6 - число Аббе материала 1-6 линз для длины волны соответствующей линии D спектра.
Кроме того, объектив может быть дополнен светоделительной призмой, установленной между третьим компонентом и плоскостью изображения.
На фиг.1 представлена оптическая схема предложенного объектива, на фиг.2 представлена оптическая схема объектива со светоделительной призмой, на фиг.3 - график функции передачи модуляции, на фиг.4 - график продольной хроматической аберрации, на фиг.5 - график кривизны поля и дисторсии.
Апохроматический объектив (фиг.1) состоит по ходу лучей из трех компонентов: первого компонента 1, выполненного в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, второго компонента 2, выполненного в виде положительного склеенного мениска, третий компонент 3 выполнен в виде склеенной отрицательной линзы, обращенной вогнутой стороной к плоскости изображений. Первый компонент 1 состоит из склеенного дублета из двояковыпуклой линзы 4 и двояковогнутой линзы 5. Второй компонент 2 склеенный, и первой в склейке расположена положительная линза 6, а второй - отрицательная линза 7. Третий компонент 3 склеенный из двояковыпуклой линзы 8 и двояковогнутой линзы 9.
Апохроматический объектив (фиг.2) дополнен светоделительной призмой 10, установленной между третьим компонентом и плоскостью изображения.
На фиг.3-5 приведены график функции передачи модуляции и графики аберраций рассчитанного апохроматического объектива.
Апохроматический объектив работает следующим образом:
световой поток, исходящий из бесконечно удаленной точки предмета, попадает на первую поверхность первого компонента 1 и проходит через склеенный дублет из двояковыпуклой линзы 4 и двояковогнутой линзы 5, а затем последовательно через склеенный второй компонент 2, где первой в склейке расположена положительная линза 6, а второй - отрицательная линза 7, и через третий компонент 3, выполненный в виде склеенных двояковыпуклой линзы 8 и двояковогнутой линзы 9, и образует изображение предмета в фокальной плоскости объектива.
При установленной светоделительной призме 10, световой поток проходит через нее и формирует изображение бесконечно удаленного предмета в двух разных плоскостях: одной, оптически связанной с гранью светоделительной призмы 10, выделяющей излучение в спектральном диапазоне чувствительности ПЗС-матрицы, и другой, оптически связанной с гранью светоделительной призмы 10 выделяющей излучение на длине волны излучения лазера.
В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице.
| Радиус, мм | Толщина, мм | Марка материала | nD, υD | Световой диаметр, мм |
| R1=218,159 | 73 | |||
| d1=12 | TK21 | nD=1,6569 υD=51,1 | ||
| R2=-124,483 | 73 | |||
| d2=7,3 | ТФ2 | nD=1,6727 υD=32,1 | ||
| R3=357,020 | 73 | |||
| d3=7,8 | ||||
| R4=101,296 | 71 | |||
| d4=15 | TK21 | nD=1,6569 υD=51,1 | ||
| R5=-101,296 | 71 | |||
| d5=7,1 | CTK19 | nD=1,7441 υD=50,4 | ||
| R6=218,159 | 71 | |||
| d6=9,7 | ||||
| R7=68,747 | 63 | |||
| d7=13 | TK21 | nD=1,6569 υD=51,1 | ||
| R8=-182,329 | 63 | |||
| d8=6,1 | ОФ1 | nD=1,5295 υD=51,7 | ||
| R9=43,439 | 50 |
Характеристики рассчитанного объектива:
фокусное расстояние f′=280 мм
относительное отверстие 1:4
угол поля зрения 2 ω=2°
Предлагаемый апохроматический объектив имеет высокое качество изображения, что подтверждается графиком функции передачи модуляции (фиг.3) - коэффициент передачи модуляции в спектральном диапазоне от 0,52 до 0,90 мкм на 200 лин/мм составляет не менее 0,3 для оси и не менее 0,25 для края поля зрения, графиком продольной хроматической аберрации (фиг.4) - хроматизм положения не более 70 мкм, кривизной поля и дисторсии (фиг.5) - астигматизм не более 15 мкм, дисторсия не более 0,02%.
Таким образом, достигнут технический результат - создан апохроматический объектив с увеличенным относительным отверстием, уменьшенным хроматизмом положения и уменьшенным остаточным астигматизмом и повышенной светосилой.
1. Апохроматический объектив, содержащий по ходу луча три компонента, первый из которых выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, второй - в виде склеенного из двух линз мениска, одна из которых положительная, а другая - отрицательная, третий компонент отрицательный, содержащий положительную и отрицательную линзы, отличающийся тем, что мениск первого компонента выполнен в виде склеенного дублета из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент положительный и первая из линз положительная, а третий компонент - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, при этом показатели преломления и коэффициенты средней дисперсии материалов линз удовлетворяют соотношениям:
1,6>nD1=nD3=nD5≥1,7
50≥υD1=υD3=υD5≥61
1,65≥nD2≥1,76
26≥υD2≥33
1,7≥nD4≥1,8
48≥υD4≥54
1,5≥nD6≥1,6
50≥υD6≥54
где nD1….6 - коэффициенты преломления материала 1-6 линз на длине волны соответствующей линии D спектра;
υD1….6 - число Аббе материала 1-6 линз для длины волны соответствующей линии D спектра.
2. Апохроматический объектив по п.1, отличающийся тем, что он дополнен светоделительной призмой, установленной между третьим компонентом и плоскостью изображения.
