ДВУХЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
DOUBLE LENS

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, в частности в астрономических телескопах, коллиматорах и аналогичных системах.
Известен двухлинзовый объектив (патент РФ №2384868 С1, опубл. 20.03.2010 г.), состоящий из расположенных по ходу луча двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, для которого выполняются соотношения:
1
1,41<n<1,619;
2
1,54<n<1,79,
1
2
3
1
2
где R, R, R - радиусы первой, второй и третьей оптических поверхностей; n, n - показатели преломления материала первой и второй линз для линии е. Объектив имеет фокусное расстояние в пределах 899,84-1002,45 мм, что не всегда достаточно для ряда применений (например, в астрономических телескопах).
Известен двухлинзовый объектив (патент РФ №32892 U1, опубл. 27.09.2003 г.), состоящий из расположенных по ходу луча отрицательной линзы с первой асферической поверхностью и положительной линзы, для которого выполняются соотношения:
1
ОБ
φ=(2-3)φ;
2
ОБ
φ=(3-4)φ,
1
2
ОБ
ОБ
где φ, φ, φ - оптические силы первой, второй линз и объектива соответственно, при этом воздушный промежуток между линзами составляет достаточно большую величину, равную (0,003-0,01)/φ.
Асферичность первой поверхности объектива делает его сложным и малотехнологичным.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является двухлинзовый объектив (заявка Японии 1994000271872, опубл. 30.04.1996 г.), состоящий из расположенных по ходу луча отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету и двояковыпуклой линзы со сферическими поверхностями, для которого выполняются соотношения:
l
2
0,8<R/R<2,0;
1
4
0,6<R/R<2,0;
2
0,2<d/f′<1,0,
2
где d - воздушный промежуток между линзами; f′ - фокусное расстояние объектива.
Объектив обеспечивает хорошее исправление аберраций только при очень небольших значениях фокусного расстояния (порядка 1 мм), что явно недостаточно для
Задачей предлагаемого изобретения является повышение технических и эксплуатационных характеристик объектива, а также повышение технологичности. использования, например, в качестве объектива телескопа или коллиматора.
Поставленная задача решается тем, что в двухлинзовом объективе, состоящем из расположенных по ходу лучей отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, в отличие от известного, имеют место соотношения:
1
2
2,0<R/R<3,0;
2
3
0,9<R/R<1,1;
2
d/f′<0,002,
1
2
3
4
2
1
2
1
2
где R, R, R, R - радиусы поверхностей линз объектива; d - воздушный промежуток между линзами; f′ - фокусное расстояние объектива; ν и ν - коэффициенты дисперсии стекла первой и второй линз объектива соответственно; р и р - относительные частные дисперсии стекла первой и второй линз объектива соответственно.
2
3
Целесообразно выполнить радиусы второй и третьей поверхностей R и R концентричными.
Применение приведенных выше соотношений радиусов кривизны, в сочетании с соотношением оптических констант материалов (коэффициентов дисперсии и относительных частных дисперсий) линз? позволяет наряду с монохроматическими аберрациями объектива минимизировать хроматизм положения и вторичный спектр, что улучшает главную техническую характеристику - увеличивает фокусное расстояние (на 20-30% по сравнению с аналогом - патентом РФ №2384868 С1) при обеспечении высокого качества изображения. Малый по отношению к фокусному расстоянию воздушный промежуток между линзами обеспечивает уменьшение времени выравнивания температуры объектива с температурой окружающей среды. Выполнение всех поверхностей линз сферическими и близость значений радиусов второй и третьей поверхностей повышает технологичность.
На чертеже представлена оптическая схема объектива.
Объектив состоит из расположенных по ходу лучей отрицательного мениска 1, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы 2. Линзы 1 и 2 выполнены из оптического стекла и имеют сферические поверхности.
e
F′-e
g
F′
e
C′
Одна из возможных технических реализаций объектива (конструктивные параметры первого исполнения объектива) в соответствии с предложенным решением приведена в таблице 1, где ν - коэффициент дисперсии стекла; p - относительная частная дисперсия стекла; n, n, n,n, - показатели преломления стекла для линий g, F′, е, С′ соответственно.
Характеристики рассчитанного объектива:
- диаметр входного зрачка 152 мм;
- фокусное расстояние 1200,2 мм;
- относительное отверстие 1:8;
- угол поля зрения 1°.
Объектив исправлен для видимой области спектра и может быть использован, например, в качестве объектива астрономического телескопа, объектива коллиматора или в других приборах, где требуется хорошее исправление аберраций, прежде всего, вблизи оптической оси.
В объективе имеют место соотношения:
1
2
R/R=2,17, т.е. находится в заявленных пределах 2,0…3,0;
т.е. меньше 0,08;
2
3
R/R=1,011, т.е. находится в заявленных пределах 0,9…1,1;
2
d/f′=0,0004, т.е. меньше 0,002;
т.е. больше 34;
т.е. меньше 0,001.
В предложенной схеме минимизирован вторичный спектр, что позволяет существенно увеличить фокусное расстояние объектива. Это необходимо, в частности, для применения в астрономических телескопах.
Так, в точке на оси системы в единой плоскости установки волновая аберрация имеет следующие значения (в длинах волн λ):
- для линии g - 0,636 λ;
- для линии F′ - 0,239 λ;
- для линии е - 0,035 λ;
- для линии С′ - 0,201 λ,
что обеспечивает высокое качество изображения.
Малый воздушный промежуток позволяет минимизировать объем воздуха между линзами объектива, поэтому в трубе телескопа, где первая линза имеет непосредственный контакт с окружающим воздухом, а вторая изолирована, выравнивание температуры линз происходит быстрее при меньшей толщине воздушного слоя, который является изолятором.
Поскольку одна из линз выполнена из материала менее стойкого к влажной атмосфере (например, для второй линзы использовано стекло марки ОК4), то выбранная конфигурация схемы, в которой этот материал использован для второй по ходу лучей линзы, при использовании в телескопе позволяет проще изолировать ее от вредного воздействия влажности окружающей среды, поскольку с одной стороны она защищается первой линзой, а со второй - трубой телескопа.
Другая возможная техническая реализация объектива в соответствии с предложенным решением приведена в таблице 2, где представлены конструктивные параметры второго исполнения объектива.
Характеристики рассчитанного второго исполнения объектива те же:
- диаметр входного зрачка 152 мм;
- фокусное расстояние 1200,2 мм;
- относительное отверстие 1:8;
- угол поля зрения 1°.
Аберрационная коррекция объектива находится на уровне первого исполнения.
В объективе имеют место соотношения:
1
2
2
3
2
R/R=2,17;  R/R=1,009; d/f′=0,0015;
2
3
2
3
2
В данном исполнении объектива радиусы второй и третьей поверхностей R и R концентричны (то есть R=R+d). Это позволяет осуществлять контроль правильности юстировки объектива простым и наглядным автоколлимационным методом, одновременно наблюдая автоколлимационные изображения второй и третьей поверхности, а собственно юстировку осуществлять, совмещая эти изображения подвижками линз.
В обоих вариантах объектив выполнен со сферическими поверхностями, что обеспечивает возможность его промышленного изготовления.