АПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ
APOCHROMATIC LENS

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве объективов в различных приборах, например, объективах телевизионной камеры или телевизионно-дальномерного канала.
Известны апохроматические объективы, описанные в патентах RU №2433432, МПК G02B 9/12, опубл. 10.02.2011 г., RU №2331094, МПК G02B 9/28, опубл. 10.08.2008 г. Данные объективы обладают невысокой светосилой, что ограничивает их использование в телевизионных системах при низких уровнях освещенности.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является апохроматический объектив, описанный в патенте RU №2429508, МПК G02B 9/14, опубл. 20.09.2011 г. Данный объектив состоит по ходу лучей из трех компонентов: первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, второй компонент - в виде мениска, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, третий компонент обращен вогнутой стороной к плоскости изображений и выполнен в виде близкорасположенных линз, первая из которых двояковыпуклая, вторая -отрицательная линза. Преломляющие поверхности линз являются сферическими. Линзы выполнены из двух марок оптических стекол. Показатели преломления и коэффициенты средней дисперсии материалов линз удовлетворяют соотношению: 1,82<n1<1,9; 1,57<n2<1,65; 21<ν1<30; 60<ν2<67, кроме того, данный объектив имеет невысокую светосилу, которая равна 1:7.
Задача изобретения - создание апохроматического объектива с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат - повышение светосилы объектива при сохранении качества изображения путем подбора комбинации стекол и коррекции аберраций, обеспечивающих снижение хроматизма положения и исправления остаточного астигматизма.
Это достигается тем, что в апохроматическом объективе, содержащем по ходу луча три компонента, первый из которых выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, второй - в виде склеенного из двух линз мениска, одна из которых положительная, а другая - отрицательная, третий компонент отрицательный, содержащий положительную и отрицательную линзы, в отличие от известного, мениск первого компонента выполнен в виде склеенного дублета из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент положительный и первая линза в котором положительная, а третий компонент - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, при этом показатели преломления и коэффициенты средней дисперсии материалов линз удовлетворяют соотношениям:
D1
D3
D5
1,6>n=n=n≥1,7
D1
D3
D5
50≥υ=υ=υ≥61
D2
1,65≥n≥1,76
D2
26≥υ≥33
D4
1,7≥n≥1,8
D4
48≥υ≥54
D6
1,5≥n≥1,6
D6
50≥υ≥54
D1….6
где n - коэффициенты преломления материала 1-6 линз на длине волны соответствующей линии D спектра;
D1….6
υ - число Аббе материала 1-6 линз для длины волны соответствующей линии D спектра.
Кроме того, объектив может быть дополнен светоделительной призмой, установленной между третьим компонентом и плоскостью изображения.
На фиг.1 представлена оптическая схема предложенного объектива, на фиг.2 представлена оптическая схема объектива со светоделительной призмой, на фиг.3 - график функции передачи модуляции, на фиг.4 - график продольной хроматической аберрации, на фиг.5 - график кривизны поля и дисторсии.
Апохроматический объектив (фиг.1) состоит по ходу лучей из трех компонентов: первого компонента 1, выполненного в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, второго компонента 2, выполненного в виде положительного склеенного мениска, третий компонент 3 выполнен в виде склеенной отрицательной линзы, обращенной вогнутой стороной к плоскости изображений. Первый компонент 1 состоит из склеенного дублета из двояковыпуклой линзы 4 и двояковогнутой линзы 5. Второй компонент 2 склеенный, и первой в склейке расположена положительная линза 6, а второй - отрицательная линза 7. Третий компонент 3 склеенный из двояковыпуклой линзы 8 и двояковогнутой линзы 9.
Апохроматический объектив (фиг.2) дополнен светоделительной призмой 10, установленной между третьим компонентом и плоскостью изображения.
На фиг.3-5 приведены график функции передачи модуляции и графики аберраций рассчитанного апохроматического объектива.
Апохроматический объектив работает следующим образом:
световой поток, исходящий из бесконечно удаленной точки предмета, попадает на первую поверхность первого компонента 1 и проходит через склеенный дублет из двояковыпуклой линзы 4 и двояковогнутой линзы 5, а затем последовательно через склеенный второй компонент 2, где первой в склейке расположена положительная линза 6, а второй - отрицательная линза 7, и через третий компонент 3, выполненный в виде склеенных двояковыпуклой линзы 8 и двояковогнутой линзы 9, и образует изображение предмета в фокальной плоскости объектива.
При установленной светоделительной призме 10, световой поток проходит через нее и формирует изображение бесконечно удаленного предмета в двух разных плоскостях: одной, оптически связанной с гранью светоделительной призмы 10, выделяющей излучение в спектральном диапазоне чувствительности ПЗС-матрицы, и другой, оптически связанной с гранью светоделительной призмы 10 выделяющей излучение на длине волны излучения лазера.
В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице.
Радиус, мм
Толщина, мм
Марка материала
n<sub>D</sub>, υ<sub>D</sub>
Световой диаметр, мм
R<sub>1</sub>=218,159
73
d<sub>1</sub>=12
TK21
n<sub>D</sub>=1,6569 υ<sub>D</sub>=51,1
R<sub>2</sub>=-124,483
73
d<sub>2</sub>=7,3
ТФ2
n<sub>D</sub>=1,6727 υ<sub>D</sub>=32,1
R<sub>3</sub>=357,020
73
d<sub>3</sub>=7,8
R<sub>4</sub>=101,296
71
d<sub>4</sub>=15
TK21
n<sub>D</sub>=1,6569 υ<sub>D</sub>=51,1
R<sub>5</sub>=-101,296
71
d<sub>5</sub>=7,1
CTK19
n<sub>D</sub>=1,7441 υ<sub>D</sub>=50,4
R<sub>6</sub>=218,159
71
d<sub>6</sub>=9,7
R<sub>7</sub>=68,747
63
d<sub>7</sub>=13
TK21
n<sub>D</sub>=1,6569 υ<sub>D</sub>=51,1
R<sub>8</sub>=-182,329
63
d<sub>8</sub>=6,1
ОФ1
n<sub>D</sub>=1,5295 υ<sub>D</sub>=51,7
R<sub>9</sub>=43,439
50
Характеристики рассчитанного объектива:
фокусное расстояние f′=280 мм
относительное отверстие 1:4
угол поля зрения 2 ω=2°
Предлагаемый апохроматический объектив имеет высокое качество изображения, что подтверждается графиком функции передачи модуляции (фиг.3) - коэффициент передачи модуляции в спектральном диапазоне от 0,52 до 0,90 мкм на 200 лин/мм составляет не менее 0,3 для оси и не менее 0,25 для края поля зрения, графиком продольной хроматической аберрации (фиг.4) - хроматизм положения не более 70 мкм, кривизной поля и дисторсии (фиг.5) - астигматизм не более 15 мкм, дисторсия не более 0,02%.
Таким образом, достигнут технический результат - создан апохроматический объектив с увеличенным относительным отверстием, уменьшенным хроматизмом положения и уменьшенным остаточным астигматизмом и повышенной светосилой.