СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ
LARGE-APERTURE LENS

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве приемного объектива в оптических приборах, работающих с фотоприемными устройствами, например с ПЗС-матрицами, в том числе и в ИК-диапазоне спектра.
Известна оптическая система линзового объектива для аэрофотографии [Патент США №2628532, НКИ 350-466, публ. 1953 г.]. Однако данный объектив имеет сложную конструкцию (состоит из 11-ти линз) и недостаточное относительное отверстие 1:3,5.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является линзовая система объектива для микрофильмирования [Патент США №4200352, НКИ 350/1.2; 350/214, публ. 1980 г., реализация 1], состоящая из семи компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - одиночная двояковыпуклая линза, причем радиус кривизны ее первой оптической поверхности по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности, второй - одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, четвертый компонент - склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линзы, пятый - положительный компонент - склеенный из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, шестой компонент - одиночная двояковыпуклая линза и седьмой компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету и склеенный из отрицательного и положительного менисков. Апертурная диафрагма расположена между третьим и четвертым компонентами.
Данный объектив, пересчитанный на фокусное расстояние 64,7 мм, при работе из бесконечности при относительном отверстии 1:1,5 и линейном поле в пространстве изображений 2У'=43,26 мм имеет недостаточное качество изображения. Так, для длины волны 587,56 нм на краю поля зрения он имеет поперечную аберрацию в меридиональном сечении 0,8419 мм и дисторсию - 4,22%.
Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с повышенным качеством изображения.
Технический результат - повышение качества изображения.
Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из семи компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей - одиночная положительная линза, причем радиус кривизны ее первой оптической поверхности по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности, второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, третий - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, четвертый компонент - склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линзы, пятый компонент - положительный, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические, шестой компонент - положительный, внешние оптические поверхности которого - выпуклые сферические, и седьмой компонент - мениск, в отличие от известного, первый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, второй компонент склеен из двух положительных менисков, пятый компонент - одиночная линза, шестой компонент склеен из двух оптических элементов - первого, внешние оптические поверхности которого выпуклые сферические, и второго оптического элемента - одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а седьмой компонент выполнен в виде одиночной отрицательной линзы, обращенной выпуклостью к изображению.
Кроме того, показатель преломления первого по ходу лучей мениска второго компонента может быть меньше показателя преломления второго мениска второго компонента для линии спектра е; первый оптический элемент шестого компонента может быть склеен из двух и более линз и плоскопараллельных пластин из одной марки стекла.
На фигуре изображена оптическая схема светосильного объектива.
Светосильный объектив состоит по ходу лучей из одиночного положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к предмету, положительного мениска 2, обращенного выпуклостью к предмету, склеенного с положительным мениском 3, обращенным выпуклостью к предмету, одиночного отрицательного мениска 4, обращенного выпуклостью к предмету, двояковогнутой линзы 5, склеенной с двояковыпуклой линзой 6, одиночной двояковыпуклой линзы 7, двояковыпуклого оптического элемента 8, склеенного с отрицательным мениском 9, обращенным вогнутостью к предмету, одиночного отрицательного мениска 10, обращенного выпуклостью к изображению, и плоскопараллельной пластины 11. Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 11,15 мм за линзой 4.
Светосильный объектив работает следующим образом.
Световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в бесконечности, проходит через светосильный объектив и изображается в плоскости наилучшей установки, в которой находится фотоприемное устройство, например ПЗС-матрица (не показано).
В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан светосильный объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 589,3 нм до 852,1 нм с конструктивными данными, представленными в табл.1.
Рассчитанный светосильный объектив имеет следующие характеристики.
Фокусное расстояние объектива f'
64,7 мм
Относительное отверстие
1:15
Угловое поле в пространстве предметов
17 град. 14 мин
Линейное поле в пространстве изображений
2У'=43,26 мм
Задний фокальный отрезок
0,836 мм
В предлагаемом изобретении показатель преломления первого по ходу лучей мениска второго компонента равен 1,4485; а показатель преломления второго мениска второго компонента равен 1,747647 для линии спектра е.
Таблица 1
Радиусы, мм
Толщины, мм
Марка стекла
Показатель преломления n<sub>e</sub>
Коэфф. дисперсии, ν<sub>e</sub>
Световой диаметр, мм
R<sub>1</sub>=-62,376
69
d<sub>1</sub>=6,5
ТК21
1,659961
50,81
R<sub>2</sub>=-63,973
70,2
d<sub>2</sub>=0,2
1
R<sub>3</sub>=59,836
59
d<sub>3</sub>=7,7
ОК4
1,4485
91,53
R<sub>4</sub>=91,41
55,7
d<sub>4</sub>=8
СТК19
1,747647
50,21
R<sub>5</sub>=252,922
52
d<sub>5</sub>=0,2
1
R<sub>6</sub>=34,987
49,9
d<sub>6</sub>=4
ТК21
1,659961
50,81
R<sub>7</sub>=29,039
38,8
d<sub>7</sub>=14,05
1
R<sub>8</sub>=-59,295
35
d<sub>8</sub>=13,15
Ф1
1,616878
36,7
R<sub>9</sub>=39,081
41,7
d<sub>9</sub>=15,8
ОК4
1,4485
91,53
R<sub>10</sub>=-83,366
46
d<sub>10</sub>=0,2
1
R<sub>11</sub>=49,99
55,4
d<sub>11</sub>=15
СТК19
1,747647
50,21
R<sub>12</sub>=-190,943
54,6
d<sub>12</sub>=0,2
1
Продолжение таблицы 1
Радиусы, мм
Толщины, мм
Марка стекла
Показатель преломления, n<sub>e</sub>
Коэфф. дисперсии, ν<sub>e</sub>
Световой диаметр, мм
R<sub>13</sub>=162,53
52,5
d<sub>13</sub>=41,8
ТК14
1,615506
60,34
R<sub>14</sub>=-24,21
41,2
d<sub>14</sub>=6,35
ТФ8
1,694729
30,89
R<sub>15</sub>=-370,698
35,8
d<sub>15</sub>=7
1
R<sub>16</sub>=-28,64
35,1
d<sub>16</sub>=3,6
ТК21
1,659961
50,81
R<sub>17</sub>=-125,329
37,8
d<sub>17</sub>=3,6
1
<img file="00000001.tif" he="6" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
41,7
d<sub>18</sub>=0,76
К8
1,518294
63,83
<img file="00000002.tif" he="6" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
41,7
В табл.2 приведены аберрации для λ=0, 70652 мкм для предлагаемого светосильного объектива по варианту конкретного исполнения и аберрации для λ=0,58756 мкм для ближайшего аналога, пересчитанного на фокусное расстояние 64,7 мм. При этом плоскость предметов находится в бесконечности.
Предложенный светосильный объектив отличается повышенным качеством изображения по сравнению с ближайшим аналогом, что следует из табл.2.
Таблица 2
Вид аберрации
Ближайший аналог
Предложенный светосильный объектив (не более)
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:1,5
0,131 мм
-0,00649 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм
0,8419 мм
0,14 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм
0,4063 мм
0,029 мм
Меридиональный астигматический отрезок Х<sub>м</sub> для линейного поля в пространстве изображений 2У<sup>'</sup>=43,26 мм
0,966 мм
-0,0713 мм
Сагиттальный астигматический отрезок X<sub>s</sub> для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм
0,598 мм
-0,0945 мм
Дисторсия для линейного поля в пространстве изображений 2У'=43,26 мм
-4,22%
-0,754%
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив с повышенным качеством изображения.