ОБЪЕКТИВ
OBJECTIVE

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических приборах, в том числе в телекамерах, работающих с приемной матрицей.
Известен четырехлинзовый фотографический объектив (патент Германии №403706, 42h 4/05, публ. 1924 г.), в котором первая линза по ходу лучей - двояковыпуклая, вторая - двояковогнутая, третья - двояковыпуклая и четвертая линза - положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению. Однако этот объектив, пересчитанный на фокусное расстояние 120 мм при относительном отверстии 1:2,5 и угле поля зрения 2W=11 град. имеет недостаточно высокое качество изображения. Поперечная сферическая аберрация для точки на оси достигает величины 0,339 мм, а для широких наклонных пучков в меридиональном и сагиттальном сечении - 0,327 мм и 0,355 мм соответственно.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является четырехлинзовый фотографический объектив (патент США №2170428, G02В 13/00, публ. 1939 г.), состоящий из четырех одиночных линз, в котором первая по ходу лучей - двояковыпуклая линза, вторая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, третья - двояковогнутая и четвертая линза - двояковыпуклая. В объективе радиусы кривизны первой поверхности по ходу лучей первой и второй линз и второй поверхности четвертой линзы по модулю меньше фокусного расстояния всего объектива; радиус кривизны первой поверхности первой линзы больше 55% фокусного расстояния всего объектива; радиус кривизны вогнутой поверхности второй линзы больше фокусного расстояния всего объектива; радиус кривизны первой поверхности двояковогнутой линзы больше радиуса кривизны ее второй поверхности, который более 25% фокусного расстояния всего объектива; воздушный промежуток между третьей и четвертой линзой больше, чем воздушный промежуток между второй и третьей линзой и меньше 30% фокусного расстояния всего объектива, и толщина второй линзы больше 12% и меньше 30% фокусного расстояния всего объектива. Кроме того, имеют место условия:
1
2
4
n=n=n=1,6138
3
1,66<n<1,89
1
2
4
ν=ν=ν=56,3
3
23<ν<33
1
2
3
4
где n, n n, n - показатели преломления материала первой, второй, третьей и четвертой линзы для линии d;
1
2
3
4
ν, ν, ν, ν - коэффициенты дисперсии материала первой, второй, третьей и четвертой линзы для линии d.
Кроме того, в объективе радиус кривизны первой поверхности первой линзы больше радиуса кривизны первой поверхности второй линзы; отношение радиуса кривизны по модулю второй поверхности второй линзы к радиусу кривизны ее первой поверхности равно 1,573; отношение радиуса кривизны по модулю первой поверхности третьей линзы к радиусу кривизны ее второй поверхности равно 3,936; отношение радиуса кривизны по модулю первой поверхности четвертой линзы к радиусу кривизны ее второй поверхности равно 3,12; а отношение толщины третьей линзы к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,02.
Объектив имеет более высокое качество изображения, чем объектив по патенту Германии №403706.
Этот объектив близок по конструкции к заявляемому, однако имеет недостаточно большое фокусное расстояние - 100 мм и при относительном отверстии 1:2,5 и угле поля зрения 2W=11 град. имеет недостаточно высокое качество изображения. Поперечная сферическая аберрация для точки на оси достигает величины - 0,0793 мм, а для широких наклонных пучков в меридиональном и сагиттальном сечении - 0,0603 мм и 0,0821 мм соответственно, и значительный меридиональный астигматический отрезок (-0,263 мм). Объектив недостаточно технологичен, так как он не содержит плоских оптических поверхностей и не имеет равных по модулю радиусов кривизны оптических поверхностей.
Задачей заявляемого изобретения является создание объектива с увеличенным фокусным расстоянием, повышенным качеством изображения и повышенной технологичностью.
Технический результат обусловлен поставленной задачей и представляет собой увеличение фокусного расстояния, повышение качества изображения при высоком уровне технологичности объектива.
Это достигается тем, что в объективе, состоящем из четырех одиночных линз, последовательно установленных по ходу лучей: первой - положительной, второй - положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, третьей - двояковогнутой и четвертой - двояковыпуклой, и в котором выполнены условия:
1
2
4
n=n=n
3
1,66<n<1,89
3
23<ν<33
4
6
d<d<0,3f′
3
0,12f′<d<0,3f′;
1
2
3
4
где n, n, n, n - показатели преломления материала первой, второй, третьей и четвертой линз для линии d;
3
ν - коэффициент дисперсии материала третьей линзы для линии d;
4
6
d, d- воздушные промежутки между второй и третьей, третьей и четвертой линзами;
f' - фокусное расстояние всего объектива;
3
d - толщина второй линзы - положительного мениска;
в отличие от известного первая линза выполнена выпукло-плоской, и имеют место соотношения:
1
2
4
1,56<n=n=n<1,6135
1
2
4
57<ν=ν=v<65,5
1
3
|R|<|R|
3
8
|R|<|R|
4
3
1,7<|R|/|R|<2,7
5
6
4,1<|R|/|R|<5,5
7
8
1<|R|/|R|<2,5
5
0,05<d/f′<0,2;
1
2
4
где ν, ν, ν - коэффициенты дисперсии материала первой, второй, четвертой линзы для линии d;
1
3
4
5
6
7
8
R, R, R, R, R, R, R- радиусы кривизны первой, третей, четвертой, пятой, шестой, седьмой, восьмой оптических поверхностей;
5
d - толщина двояковогнутой линзы.
На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива. Объектив состоит из четырех одиночных линз по ходу лучей: первой - выпукло-плоской линзы 1, второй - положительного мениска 2, обращенного вогнутостью к изображению, третьей - двояковогнутой линзы 3, четвертой - двояковыпуклой линзы 4. За линзой 4 может быть расположен светофильтр и одна или несколько плоскопараллельных пластин и одна или несколько призм.
Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив. Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан). Объектив может работать также и в обратном ходе лучей в качестве коллиматора.
В соответствии с предложенным решением рассчитан объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 480 до 660 нм.
Конструктивные параметры рассчитанного объектива приведены в табл.1.
Характеристики рассчитанного объектива:
фокусное расстояние
120,1 мм
относительное отверстие
1:2,5
угол поля зрения
11 град.
задний фокальный отрезок
44,7 мм
входной зрачок совпадает
с первой поверхностью
В рассчитанном объективе выполнены условия:
1,56<n<sub>1</sub>=n<sub>2</sub>=n<sub>4</sub><1,6135, т.к.
n<sub>1</sub>=n<sub>2</sub>=n<sub>4</sub>=1,613091
1,66<n<sub>3</sub><1,89
n<sub>3</sub>=1,717912
23<ν<sub>3</sub><33
ν<sub>3</sub>=29,53
d<sub>4</sub><d<sub>6</sub><0,3f′
d<sub>4</sub>=5,38; d<sub>6</sub>=22,74; 0.3f′=36,03
0,12f′<d<sub>3</sub><0,3f′
0,12f′=14,412; d<sub>3</sub>=22,74
57<ν<sub>1</sub>=ν<sub>2</sub>=v<sub>4</sub><65,5
ν<sub>1</sub>=ν<sub>2</sub>=v<sub>4</sub>=60,58
|R<sub>1</sub>|<|R<sub>3</sub>|
|R<sub>1</sub>|=72,023; |R<sub>3</sub>|=73,698
|R<sub>3</sub>|=|R<sub>8</sub>|=73,698
|R<sub>8</sub>|=73,698
1,7<|R<sub>4</sub>|/|R<sub>3</sub>|<2,7
|R<sub>4</sub>|/|R<sub>3</sub>|=156,122/73,698=2,11
4,1<|R<sub>5</sub>|/|R<sub>6</sub>|<5,5
|R<sub>5</sub>|/|R<sub>6</sub>|=188,139/38,645=4,86
1<|R<sub>7</sub>|/|R<sub>8</sub>|<2,5
|R<sub>7</sub>|/|R<sub>8</sub>|=101,044/73,698=1,37
0,05<d<sub>5</sub>/f′<0,2
d<sub>5</sub>/f′=13,83/120,1=0,115
В табл.2 приведены аберрации для длины волны 587,56 нм ближайшего аналога и рассчитанном объектива.
Рассчитанный объектив имеет фокусное расстояние 120,1 мм, большее, чем в ближайшем аналоге. Кроме того, в предложенном объективе одна оптическая поверхность выполнена плоской, и две имеют равные радиусы кривизны, что обеспечивает ему более высокую технологичность. Предложенный объектив имеет более высокое качество изображения, что следует из табл.2.
Таблица 1
Радиус, мм
Толщина, мм
Марка стекла
Показатель преломления n<sub>d</sub>
Коэфф. дисперсии ν<sub>d</sub>
Световой диаметр, мм
R<sub>1</sub>=72,023
48
d<sub>1</sub>=9,22
TK14
1,613091
60,58
R<sub>2</sub>=∞
46,7
d<sub>2</sub>=0,61
1
R<sub>3</sub>=73,698
44,9
d<sub>3</sub>=22,74
TK14
1,613091
60,58
R<sub>4</sub>=156,122
36,4
d<sub>4</sub>=5,38
1
R<sub>5</sub>=-188,139
34,5
d<sub>5</sub>=13,83
ТФ103
1,717912
29,53
R<sub>6</sub>=38,645
30,5
d<sub>6</sub>=22,74
1
R<sub>7</sub>=101,044
35,5
d<sub>7</sub>=9,53
TK14
1,613091
60,58
R<sub>8</sub>=-73,698
35,5
d<sub>8</sub>=15,4
1
R<sub>9</sub>=∞
32,1
d<sub>9</sub>=1,54
K8
1,516373
64,07
R<sub>10</sub>=∞
31,9
Таблица 2
Вид аберрации
Значение аберрации
Ближайший аналог
Предложенный объектив
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:2,5
0,0793 мм
0,01 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=11 град.
0,0603 мм
0,017 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=11 град.
0,0821 мм
0,035 мм
Меридиональный астигматический отрезок Х′<sub>м</sub> для поля зрения 2W=11 град.
-0,263 мм
-0,154 мм
Сагиттальный астигматический отрезок X′<sub>s</sub> для поля зрения 2W=11 град.
-0,2 мм
-0,22 мм
Астигматизм для поля зрения 2W=11 град.
-0,063 мм
0,0658 мм
Дисторсия для поля зрения 2W=11 град.
0,063%
0,074%
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан объектив с увеличенным фокусным расстоянием, с повышенным качеством изображения при высоком уровне технологичности.