ТРЕХЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
THREE-ELEMENT LENS

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, например в приемных каналах, работающих с ПЗС-матрицами.
Известен трехлинзовый фотографический телеобъектив «Таир-3» (Д.С.Волосов, «Фотографическая оптика», изд. «Искусство», Москва, 1971 г., стр.461, табл. V.6, стр.466, рис.V.12, а), содержащий два компонента, первый из которых (по ходу лучей) - положительный, состоящий из двух одиночных линз - двояковыпуклой и отрицательной, а второй компонент - отрицательный одиночный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Данный объектив имеет фокусное расстояние 300 мм и относительное отверстие 1:4,5. Однако этот телеобъектив имеет недостаточное относительное отверстие и значительное геометрическое виньетирование - 40%.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является объектив телескопа (патент США №2158507, 88-57, публ. 1939 г., пример 1, фиг.1), содержащий два компонента, первый из которых по ходу лучей - двухлинзовый, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. В данном объективе для линии спектра D показатель преломления двояковыпуклой линзы равен 1,5209; двояковогнутой линзы - 1,6646 и отрицательного мениска - 1,5163. Однако этот объектив имеет недостаточные фокусное расстояние 96,3 мм и качество изображения. Так, для относительного отверстия 1:4,29 и углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин объектив имеет поперечную аберрацию для точки на оси минус 0,083 мм, поперечную аберрацию в сагиттальном сечении минус 0,09 мм, поперечную аберрацию в меридиональном сечении минус 0,1471 мм, для линии спектра D.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик трехлинзового объектива.
Технический результат - увеличение фокусного расстояния и повышение качества изображения.
Это достигается тем, что в трехлинзовом объективе, содержащем два компонента, первый из которых по ходу лучей - двухлинзовый, включающий в себя отрицательную и положительную линзы, причем первая поверхность положительной линзы выпуклая, второй компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, в отличие от известного линзы первого компонента выполнены одиночными, и первая из них - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету
Кроме того, вторая по ходу лучей одиночная линза первого компонента может быть выполнена двояковыпуклой.
Кроме того, для линии спектра D показатель преломления одиночной отрицательной линзы первого компонента может быть более 1,67 и менее 1,79, одиночной положительной линзы первого компонента соответственно более 1,3 и менее 1,5 и отрицательного мениска второго компонента соответственно более 1,6 и менее 1,71.
На чертеже представлена оптическая схема предложенного трехлинзового объектива.
Трехлинзовый объектив состоит из двух последовательно расположенных по ходу лучей компонентов - двухлинзового, состоящего из одиночного отрицательного мениска 1, обращенного выпуклостью к предмету, и одиночной положительной линзы 2. Второй компонент - одиночный отрицательный мениск 3, обращенный выпуклостью к предмету. Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 35,72 мм за линзой 2, но может находиться и в другом месте.
Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив, то есть световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).
В соответствии с предложенным решением рассчитан трехлинзовый объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 589 нм до 800 нм. Основная расчетная длина волны 706,52 нм.
Конструктивные параметры предлагаемого объектива приведены в табл.1.
Характеристики рассчитанного объектива:
фокусное расстояние
300,33 мм
относительное отверстие
1:4,29
угловое поле в пространстве предметов
4 град 10 мин
задний фокальный отрезок
49,29 мм
В предлагаемом объективе для линии спектра D показатель преломления одиночной отрицательной линзы первого компонента равен 1,6709; одиночной положительной линзы первого компонента равен 1,447303; отрицательного мениска второго компонента равен 1,6594.
В табл.2 приведены аберрации для длины волны 589,3 нм для объектива ближайшего аналога и для предложенного объектива для длины волны 706,52 нм.
Предлагаемый объектив имеет увеличенное по сравнению с ближайшим аналогом фокусное расстояние 300,33 мм и повышенное качество изображения (особенно для широких полевых наклонных пучков), что следует из табл.2.
2
Непосредственно данный объектив-апохромат рассчитан для работы в ИК-диапазоне спектра, что позволяет получать снимки в цифровой камере со специальными эффектами типа «Зимний пейзаж с инеем» при любых погодных условиях. Предлагаемый объектив при пересчете на видимый диапазон спектра можно использовать также в качестве фотографического объектива на формат кадра 24×18 мм, в том числе и для цифровых камер.
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан трехлинзовый объектив с увеличенным фокусным расстоянием и повышенным качеством изображения.
Таблица 1
Радиусы, мм
Толщины, м
Марка стекла
Показатель преломления n<sub>e</sub>
Коэфф. дисперсии ν<sub>e</sub>
Световой диаметр, мм
R<sub>1</sub>=99,772
70
d<sub>1</sub>=6,2
БФ16
1,674385
47
R<sub>2</sub>=60,269
70
d<sub>2</sub>=0,4
1
R<sub>3</sub>=59,295
70
d<sub>3</sub>=15
OK4
1,4485
91,53
R<sub>4</sub>=-2310,307
69,8
d<sub>4</sub>=223,15
1
R<sub>5</sub>=22,03
28,2
d<sub>5</sub>=3,05
СТК3
1,662237
57,09
R<sub>6</sub>=19,725
26,2
Таблица 2
Вид аберрации
Ближайший аналог
Предложенный объектив (не более)
1
2
3
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси для относительного отверстия 1:4,29
-0,083 мм
0, 073 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин
-0,1471 мм
0,072 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин
-0,09 мм
0,036 мм
Меридиональный астигматический отрезок X'<sub>м</sub> для углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин
0,0352 мм
-0,021 мм
Сагиттальный астигматический отрезок X'<sub>s</sub> для углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин
0,01 мм
-0,054 мм
Дисторсия для углового поля в пространстве предметов 2W=4 град 10 мин
0,086%
0,977%