АПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к области оптического приборостроения и может быть использована в астрономических телескопах для визуального наблюдения и фотографирования.
Известны апохроматические объективы по патентам РФ №2331094 и №101850, содержащие три компонента. Первый компонент - одиночная двояковыпуклая линза, второй компонент состоит из трех линз - двояковыпуклой, двояковогнутой и положительного мениска, третий компонент состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Линзы выполнены из двух марок обычного оптического стекла, показатели преломления и коэффициенты дисперсии которых удовлетворяют приведенным условиям.
Указанные объективы недостаточно технологичны, т.к. линзы второго компонента ассимметричны, в процессе сборки объектива возможны ошибки с установкой линз второго компонента.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому - прототипом - является апохроматический объектив по патенту РФ №2433432, МПК G02B 9/12. Объектив содержит три компонента. Первый компонент - одиночная линза, а второй и третий компоненты - склеенные линзы, причем в составе третьего компонента имеется двояковыпуклая линза. Все линзы выполнены из обычного оптического стекла.
1
2
1
2
1
1
2
1
2
2
В объективе-прототипе первый из компонентов - одиночная двояковыпуклая линза, второй компонент - двояковыпуклая, двояковогнутая линзы и положительный мениск, третий компонент - двояковыпуклая и двояковогнутая линзы. Линзы выполнены из двух марок оптического стекла, показатели преломления n, n и коэффициенты дисперсии Y и Y которых удовлетворяют следующим условиям: 1,43<n<1,55 или 1,55<n<1,65; 1,75<n<2,2; 60<Y<95; 20<Y<30 или 40<Y<50.
2
2
1
1
1
Указанный объектив имеет высокое качество изображения. Однако, объектив имеет большую длину. Проведенный расчет для указанных параметров опытного образца объектива, в котором 1, 3 и 5 линзы выполнены из стекла с показателем преломления 1,75<n<2,2 и коэффициентом дисперсии 20<Y<30, а для 2, 4, 6 линз - с показателем преломления 1,43<n<1,55 и коэффициентом дисперсии Y 60<Y<95 показал, что расстояние от первой поверхности первого компонента до последней поверхности третьего компонента объектива в 6 раз больше светового диаметра объектива.
Кроме того, указанный объектив недостаточно технологичен. Линзы второго компонента асимметричны, поэтому в процессе сборки объектива возможны ошибки с установкой линз второго компонента.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение длины апохроматического объектива при сохранении высокого качества изображения. В частном случае реализации достигается упрощение технологии изготовления объектива.
Указанный технический результат достигается следующим образом. В апохроматическом объективе, содержащем, как и прототип, три компонента, из которых первый компонент - одиночная положительная линза, а второй и третий компоненты - склеенные линзы, при этом все линзы выполнены из обычного оптического стекла, в отличие от прототипа выполнено следующее: первый компонент выполнен в виде выпукло-вогнутой линзы, обращенной вогнутой поверхностью к плоскости изображения, второй компонент содержит двояковогнутую, двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, а третий компонент содержит двояковыпуклую линзу и выпукло-вогнутую линзу, обращенную выпуклой поверхностью к плоскости изображения, при этом показатели преломления и коэффициенты дисперсии стекол линз удовлетворяют условиям:
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1,7<n<2,2; 1,7<n<2,2; 1,43<n<1,7; 1,7<n<2,2; 1,7<n<2,2; 1,43<n<1,7; 20<Y<40; 20<Y<40; 40<Y<95; 20<Y<40; 20<Y<40; 40<Y<95;
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
где: n, n, n, n, n, n - показатели преломления стекол соответственно первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой линз; Y, Y, Υ, Υ, Y, Y - коэффициенты дисперсии стекол соответственно первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой линз, причем, использовано стекло четырех марок, а показатели преломления и коэффициенты дисперсии стекол первой, второй и четвертой линз одинаковы.
В частном случае реализации - при изготовлении второго компонента симметричным - достигается упрощение технологии изготовления объектива.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлена оптическая схема объектива.
На фиг. 2 приведен график зависимости заднего фокального отрезка объектива от длины волны. По оси абсцисс отложена разница между значением фокального отрезка для длины волны 0,546 мкм и значениями фокальных отрезков для длин волн в интервале 0,43-0,7 мкм ΔS' (мкм). По оси ординат отложена длина волны λ (мкм).
На фиг. 3 приведен график астигматизма объектива. По оси абсцисс отложены астигматические отрезки ,  (мм). По оси ординат отложен размер изображения Y' (мм).
На фиг. 4 приведен график дисторсии объектива. По оси абсцисс отложена относительная дисторсия в Δy' в %. По оси ординат отложен размер изображения Υ' (мм).
-1
На фиг. 5 приведен график частотно-контрастной характеристики объектива. По оси абсцисс отложена пространственная частота N мм, отнесенная к плоскости изображения объектива, а по оси ординат - коэффициент передачи контраста в относительных единицах.
Апохроматический объектив (фиг. 1) содержит три компонента. Первый компонент по ходу лучей - одиночная выпукло-вогнутая линза 1, обращенная вогнутой поверхностью к плоскости изображения. Второй компонент содержит склеенные двояковогнутую линзу 2, двояковыпуклую линзу 3 и двояковогнутую линзу 4, причем, все линзы симметричные, а двояковогнутые линзы 2 и 4 одинаковые. Третий компонент содержит склеенные двояковыпуклую линзу 5 и отрицательный мениск 6, обращенный выпуклой поверхностью к плоскости изображения - фокальной плоскости 7. Объектив выполнен из обычного оптического стекла четырех марок. Линзы 1, 2, 4, 5 выполнены из стекла с показателями преломления n в диапазоне 1,7<n<2,2; и коэффициентами дисперсии Y в диапазоне 20<Y<40; а линзы 3 и 6 - с показателями преломления n в диапазоне 1,43<n<1,7 и коэффициентами дисперсии Y в диапазоне 40<Y<95. Показатели преломления и коэффициенты дисперсии линз 1, 2, 4 одинаковы.
Объектив имеет следующие характеристики:
- фокусное расстояние - 500 мм;
- относительное отверстие - 1:5;
- рабочий спектральный диапазон - 0,43:0,7 мкм;
- основная длина волны - 0,546 мкм;
- угловое поле зрения в пространстве предметов - 3°;
- линейное поле зрения в пространстве изображений - 26 мм;
- световой диаметр - 100 мм;
- расстояние от первой поверхности первого компонента до последней поверхности третьего компонента - 170 мм.
Объектив работает следующим образом: световые пучки, исходящие от предмета, расположенного на бесконечности, последовательно проходят линзы 1-6 объектива и формируют изображение в плоскости наилучшей установки, совпадающей с плоскостью параксиального изображения.
Объектив имеет характерную для апохроматов S-образную форму кривой зависимости заднего фокального отрезка объектива от длины волны (фиг. 2). Сравнение графиков астигматизма и дисторсии заявляемого апохроматического объектива (фиг. 3, 4) и прототипа свидетельствует, что заявляемый объектив имеет не менее высокие показатели по качеству изображения по полю зрения. Сравнение графиков частотно-контрастной характеристики объектива и прототипа (фиг. 5) показывает, что величина контраста изображения у объектива не менее чем на треть выше, чем у прототипа.
-1
Полученный апохромат при относительном отверстии 1:5 обеспечивает разрешение 100 мм при контрасте не ниже 0,5 в пределах линейного поля 15 мм. Остаточный астигматизм при этом не превышает 20 мкм, а модуль дисторсии - меньше 0,01%.
Изготовление линз объектива их стекла четырех марок позволило по сравнению с прототипом улучшить возможности коррекции полевых аберраций и в результате уменьшить длину объектива: расстояние от первой поверхности первого компонента до последней поверхности третьего компонента объектива в 1,7 раз больше светового диаметра объектива. Это соотношение по сравнению с прототипом снижено более чем в 3 раза. При этом объектив более технологичен в изготовлении за счет симметрии линз второго компонента.
Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемая полезная модель позволяет уменьшить длину апохроматического объектива при сохранении высокого качества изображения. Кроме того, при изготовлении второго компонента симметричным повышается технологичность объектива.