ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив коллиматора.
Известен двухкомпонентный апохроматический объектив [1] из двух компонентов, первый из которых - двусклеенная линза, состоящая из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и двояковыпуклой линзы. Данная конструкция объектива, реализованная для фокусного расстояния 1000 мм и относительного отверстия 1:10, имеет вторичный спектр 0,62 мм для параксиальных лучей в области спектра (500…900) нм и среднеквадратичное отклонение волнового фронта 0,1λ, что свидетельствует о том, что объектив имеет качество изображения хуже дифракционного.
Наиболее близким к предлагаемому объективу является апохроматический объектив [2], состоящий из четырех компонентов. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы. Данная конструкция апохроматического объектива, реализованная для фокусного расстояния f=1000 мм и относительного отверстия 1:10, имеет вторичный спектр 0,442 мм для параксиальных лучей в области спектра (500…900) нм и средне-квадратичное отклонение волнового фронта 0,05λ. Однако, при увеличении фокусного расстояния данная конструкция не обеспечивает дифракционного качества изображения в области спектра (500…900) нм.
Задачей полезной модели является увеличение фокусного расстояния объектива при сохранении дифракционного качества изображения в спектральном диапазоне λ=(500 м…900) нм.
Объектив из четырех компонентов, расположенных на оптической оси, первый компонент которого положительная линза, второй компонент - отрицательная линза, третий компонент - положительная линза, четвертый компонент - отрицательная линза, в отличие от прототипа первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде плоско-вогнутой линзы, вогнутая поверхность которого обращена к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, расстояние между вторым и третьим компонентами составляет не менее 0,02 фокусного расстояния объектива, при этом компоненты выполнены из оптических стекол, для которых разность чисел Аббе первого и второго, четвертого и третьего компонентов составляет не менее 50 и 38, соответственно.
Выбор конструкции первого компонента в виде двояковыпуклой линзы, второго компонента в виде плоско-вогнутой линзы, обращенной вогнутой поверхностью к пространству предметов, третьего компонента в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и четвертого компонента, выполненного в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, выбор расстояния между вторым и третьим компонентами не менее 0,02 фокусного расстояния объектива, позволил увеличить фокусное расстояние объектива и исправить сферическую и сферо-хроматические аберрации в области спектра (500…900) нм.
Выбор оптических стекол линз, при котором разность чисел Аббе для первого и второго, четвертого и третьего компонентов составляет не менее 50 и 38, соответственно, обеспечил исправление вторичного спектра в области спектра (500…900) нм.
Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне: λ=(500 нм…900) нм, имеет фокусное расстояние 3000 мм, диаметр входного зрачка 150 мм.
На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.
е
e
На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R - радиусы кривизны поверхностей линз, D - расстояния между поверхностями линз, n - показатель преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), ν - число Аббе для линии е.
На фиг.3 приведен график поперечной сферической аберрации объектива.
Объектив (фиг.1) состоит из четырех компонентов. Первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 1, второй компонент выполнен в виде плоско-вогнутой линзы 2, обращенной вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде положительного мениска 3, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Расстояние между вторым и третим компонентами равно 65 мм, что составляет 0,0218 фокусного расстояния объектива. Фокусное расстояние объектива f'=2976,2 мм. Первый компонент выполнен из стекла марки N-PK51, второй и третий компоненты выполнены из стекла N-SF6, четвертый компонент - из стекла N-BK7, все стекла фирмы SCHOTT. Разность чисел Аббе первого и второго компонентов составляет 50,42, четвертого и третьего компонентов - 38,8. Вторичный спектр для параксиальных лучей в области спектра (500…900) нм не превышает 0,95 мм. Средне-квадратичное отклонение волнового фронта составляет 0,03λ, что свидетельствует о дифракционном качестве изображений.
Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=5° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 150 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз четырех компонентов, фокусируется в плоскости изображения.
Источники информации
1. А.с. СССР №180370, публикация 1966 г, МПК G02B 4/02.
2. Слюсарев Г.Г., «Расчет оптических систем», Л-д, Машиностроение, 1975 г., с.116 - прототип.