Светосильный объектив-апохромат (варианты)
Владельцы патента RU 2338225:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Комета" (RU)
Объектив по первому варианту содержит два положительных компонента и одиночную отрицательную линзу. Первый компонент содержит четыре линзы: первая - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, вторая - двояковыпуклая, третья - отрицательная с первой вогнутой поверхностью, четвертая - положительная с первой выпуклой поверхностью. Второй компонент содержит три линзы: первая - отрицательная с первой вогнутой поверхностью, вторая - положительная со второй выпуклой поверхностью, третья - положительная с первой выпуклой поверхностью. Одиночная отрицательная линза имеет первую вогнутую поверхность. Расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива. По второму варианту второй компонент содержит четыре линзы, четвертая из которых - отрицательная с первой вогнутой поверхностью. Обеспечивается создание светосильного объектива-апохромата с относительным отверстием 1:1,8, угловым полем зрения 8,4° и высоким качеством изображения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
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 две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей 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 две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, 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, второй компонент содержит последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной 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, содержащий последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, после третьей линзы введена отрицательная линза с первой вогнутой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной 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.
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 отрицательная с первой вогнутой поверхностью, вторая линза 22 положительная со второй выпуклой поверхностью, третья линза 23 положительная с первой выпуклой поверхностью. Одиночная отрицательная линза 31 имеет первую поверхность вогнутую, при этом расстояние между вторым компонентом 20 и одиночной 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 третьей положительной линзы 23 введена отрицательная линза 24 с первой вогнутой 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=117,71 | d1=6 | K8 |
| r2=68,072 | d2=4 | |
| r3=76,274 | d3=17,3 | CaF2 |
| r4=-79,414 | d4=2,7 | |
| r5=-75,475 | d5=5,3 | ОФ6 |
| r6=-714,37 | d6=1,3 | |
| r7=58,916 | d7=14 | CaF2 |
| Г8=-1078,7 | d8=64,23 | |
| r9=-35,854 | d9=4,7 | ОФ4 |
| r10=-60,938 | d10=1,3 | |
| r11=127,19 | d11=10 | CaF2 |
| r12=-53,536 | d12=1,3 | |
| r13=40,913 | d13=8 | CaF2 |
| r14=795,81 | d14=9,75 | |
| r15=-49,875 | d15=2,1 | ОФ6 |
| r16=42,908 | 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 λо=0,546 мкм:
- продольная сферическая аберрация для точки на оси не более 0,009 мм;
- меридиональный астигматический отрезок не более 0,005 мм;
- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,014 мм;
- относительная дисторсия не более 0,1%.
Объектив имеет хроматические аберрации для спектрального диапазона 0,404...0,766 мкм:
- вторичный спектр положения не более 0,024 мм;
- вторичный спектр увеличения не более 0,006 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=153,81 | d1=6 | K8 |
| r2=74,057 | d2=3,5 | |
| r3=82,062 | d3=17 | CaF2 |
| r4=-84,277 | d4=3 | |
| r5=-79,517 | d5=6 | ОФ6 |
| r6=-375,01 | d6=1,3 | |
| r7=58,976 | d7=14,5 | CaF2 |
| r8=-10434 | d8=63,946 | |
| r9=-33,647 | d9=4,7 | ОФ4 |
| r10=-57,093 | d10=1,3 | |
| r11=-393,65 | d11=10 | CaF2 |
| r12=-44,148 | d12=1,3 | |
| r13=43,786 | d13=9 | CaF2 |
| r14=-170,87 | d14=4 | |
| r15=-71,208 | d15=4 | ОФ4 |
| r16=-106,15 | d16=6,7 | |
| r17=-49,283 | d17=2,1 | TK23 |
| r18=49,402 | 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 0,004 мм;
- меридиональный астигматический отрезок не более 0,006 мм;
- сагиттальный астигматический отрезок не более 0,017 мм;
- относительная дисторсия не более 0,1%.
Объектив имеет хроматические аберрации для спектрального диапазона 0,404...0,766 мкм:
- вторичный спектр положения не более 0,022 мм;
- вторичный спектр увеличения не более 0,005 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 две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, 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, второй компонент содержит последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, 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 две положительные и одна отрицательная, причем третья по ходу лучей линза положительная с первой выпуклой поверхностью, и одиночной отрицательной линзы с первой вогнутой поверхностью, 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, содержащий последовательно по ходу лучей первую линзу отрицательную с первой вогнутой поверхностью, вторую линзу положительную со второй выпуклой поверхностью, после третьей линзы введена отрицательная линза с первой вогнутой поверхностью, при этом расстояние между вторым компонентом и одиночной отрицательной линзой меньше 0,2 фокусного расстояния объектива.
