СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ
HIGH-OUTPUT LENS

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, в частности, работающих с телевизионной ПЗС-матрицей.
Известен светосильный объектив для ближней ИК-области спектра, описанный в свидетельстве на полезную модель RU №18202, МПК G02B 13/14; 9/34; 9/52 опубл. 27.05.2001 г., состоящий по ходу лучей из четырех компонентов. Первый компонент - положительная линза. Второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Третий - отрицательная линза. Четвертый - двусклеенный, состоящий из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. За четвертым компонентом расположен светофильтр, выполненный в виде плоскопараллельной пластины. Однако данный объектив имеет недостаточное относительное отверстие 1:1,5.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив для ближней ИК-области спектра описанный в патенте RU №2052840, МПК G02B 13/14; 9/34 опубл. 20.01.1996 г., состоящий из четырех компонентов: первого - выпуклоплоской линзы, второго - положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, третьего - плосковогнутой линзы и четвертого - склеенной положительной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Причем для достижения высокого качества изображения необходимо соблюдение следующих условий:
1
1,6<n<1,67;
2
1,6<n<1,67;
3
1,79<n<2,2;
4
1,64<n<1,68;
5
1,57<n<1,586;
1
54<√<63;
2
54<√<63;
3
14<√<26,2;
4
46<√<52;
5
37<√<42;
5
0,07≤d/f'<0,3,
1
2
3
4
5
где: n, n, n, n, n - показатели преломления материала первой, второй, третьей, четвертой и пятой линзы для линии е;
1
2
3
4
5
√, √, √, √, √, - коэффициенты дисперсии для линии е материала первой, второй, третьей, четвертой и пятой линзы,
5
d - толщина третьего компонента;
f' - фокусное расстояние всего объектива
Поэтому исходя из ГОСТ 13659-78 для линии е:
первая и вторая линзы выполнены из оптического стекла ТК14 и при
1
2
1
2
n=n=1,615506-√=√=60,34,
третья линза выполнена из оптического стекла ТФ10 и при
3
3
n=1,813767-√=25,17,
четвертая линза выполнена из оптического стекла ТК21 и при
4
4
n=1,659961√=50,81,
пятая линза выполнена из оптического стекла ЛФ5 и при
5
5
n=1,578326-√=41,05.
Кроме того, для повышения относительного отверстия необходимо выполнять следующие соотношения:
2
0,0024≤d/f'<0,041,
2
где: d - величина первого воздушного промежутка; Но в данном объективе:
5
0,07≤d/f'=15/100=0,15<0,3
2
d/f'=0,2/100=0,002<0,0024
И объектив имеет недостаточное относительное отверстие 1:1,5.
Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками при высоком качестве изображения.
Технический результат - повышение относительного отверстия при высоком качестве изображения.
Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из четырех компонентов, из которых первый со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной выпуклоплоской линзы, второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы со второй оптической поверхностью, обращенной к изображению и радиусом первой оптической поверхности по ходу лучей по модулю большим радиуса второй оптической поверхности, а четвертый компонент - в виде склеенной положительной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, кроме того, имеют место условия:
1
1,6<n<1,67;
2
1,6<n<1,67;
3
1,79<n<2,2;
4
1,64<n<1,68;
5
1,57<n<1,586;
1
54<√<63;
2
54<√<63;
3
14<√<26,2;
4
46<√<52;
5
37<√<42;
5
0,07≤d/f'<0,3,
в отличие от известного, третий компонент выполнен двояковогнутым и имеет место соотношение:
2
0,0024≤d/f'<0,041,
На чертеже представлена оптическая схема светосильного объектива.
Светосильный объектив (чертеж) состоит из пяти линз в четырех компонентах. Первый компонент по ходу лучей выполнен в виде одиночной выпуклоплоской линзы 1. Второй компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска 2, обращенного выпуклостью к предмету. Третий компонент выполнен в виде одиночной двояковогнутой линзы 3, причем, радиус первой поверхности линзы 3 по модулю больше радиуса ее второй поверхности. Четвертый компонент положительный и выполнен в виде склеенной линзы, состоящей по ходу лучей из двояковыпуклой линзы 4 и отрицательного мениска 5, обращенного вогнутостью к предмету. За мениском 5 расположен светофильтр 6, за которым расположен приемник оптического излучения, например, телевизионная ПЗС-матрица (не показан). Причем, показатель преломления оптического материала двояковыпуклой линзы 4 склеенного компонента больше показателя преломления материала отрицательного мениска 5 этого компонента. Кроме того, имеют место условия:
1
1
1,6<n<1,67; 54<√<63;
2
2
1,6<n<1,67; 54<√<63;
3
3
1,79<n<2,2; 14<√<26,2;
4
4
1,64<n<1,68; 46<√<52;
5
5
1,57<n<1,586; 37<√<42;
5
0,07≤d/f'<0,3,
2
0,0024≤d/f'<0,041,
Предложенная оптическая система (чертеж) работает как собирающий из бесконечности объектив. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4, 5, светофильтр 6 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения, например, телевизионная матрица (не показан).
В соответствие с предложенным решением рассчитаны три варианта конкретного исполнения предлагаемого светосильного объектива, исправленные в спектральном диапазоне от 628 нм до 900 нм, для основной длины волны 766,49 нм.
Конструктивные параметры предложенного объектива по первому варианту приведены в таблице 1.
Характеристики рассчитанного объектива:
фокусное расстояние 100,01 мм
задний фокальный отрезок 33,27 мм
задний фокальный отрезок без учета
светофильтра 44,92 мм
относительное отверстие 1:1,449
угловое поле в пространстве предметов 4 град. 36 мин.
Апертурная диафрагма находится на расстоянии 6,4 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте.
Для первого варианта имеют место условия:
2
d/f'=0,012;
5
d/f'=0,17.
Конструктивные параметры предложенного объектива по второму варианту приведены в таблице 2.
Характеристики рассчитанного объектива:
фокусное расстояние 100,06 мм
задний фокальный отрезок 34,17 мм
задний фокальный отрезок без учета
светофильтра 45,82 мм
относительное отверстие 1:1,45
угловое поле в пространстве предметов 4 град. 36 мин.
Апертурная диафрагма находится на расстоянии 6,4 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте. Для второго варианта имеют место условия:
2
d/f'=0,01199;
5
d/f'=0,1299.
Конструктивные параметры предложенного объектива по третьему варианту приведены в таблице 3.
Характеристики рассчитанного объектива:
фокусное расстояние 99,94 мм
задний фокальный отрезок 33,06 мм
задний фокальный отрезок без учета
светофильтра 44,72 мм
относительное отверстие 1:1,418
угловое поле в пространстве предметов 4 град. 36 мин.
Апертурная диафрагма находится на расстоянии 6,2 мм перед четвертым компонентом, но может находиться и в другом месте. Для третьего варианта имеют место условия:
2
d/f'=0,01201;
5
d/f'=0,1301.
В табл. 4 приведены аберрации для длины волны 766,49 нм всех трех вариантов предложенного светосильного объектива.
Таким образом, обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив с повышенным относительным отверстием при высоком качестве изображения.