Двухлинзовый объектив

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее к объективам, используемым в различных оптических приборах.

Полезная модель решает задачу создания светосильного двухлинзового объектива с повышенной информативностью, за счет увеличения относительного отверстия и качества изображения, за счет коррекции сферической аберрации, комы и хроматизма положения.

Двухлинзовый объектив включает положительную двояковыпуклую и отрицательную двояковогнутую линзы, выпуклая поверхность двояковыпуклой линзы, обращенная к предмету, выполнена асферической, причем квадрат эксцентриситета поверхности (е²) лежит в пределах 0.5÷0.7, а линзы выполнены из оптических материалов, для которых разность показателей преломления для основной длины волны (=0.546 мкм) не превышает 0.002, а разность коэффициентов средней дисперсии (_e) превышает 20.

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее к объективам, используемым в различных оптических приборах, а также входящих в состав сложных оптических систем, в том числе микрообъективах, окулярах, кино- и фотообъективах и др.

Известен светосильный объектив (Г.Г.Слюсарев «Расчет оптических систем», изд. Машиностроение, 1975 г., стр.231), состоящий из двух склеенных двухлинзовых компонентов.

Известен двухлинзовый объектив (патент РФ 2384868, G02B 9/10, G02B 13/14, опубл. 20.03.2010). Двухлинзовый объектив состоит из расположенных по ходу лучей двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению

Известен светосильный объектив (патент РФ 2346312, G02B 9/04, опубл. 10.02.2009). Светосильный объектив состоит из двух компонентов: первый компонент по ходу лучей - положительный, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, второй компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

Недостатками приведенных объективов является неудовлетворительное качество изображения и более сложная оптическая схема.

Наиболее близким по техническому решению является двухлинзовый склеенный объектив (Трубко С.В. Расчет двухлинзовых склеенных объективов. Справочник, Л.: Машиностроение, 1984, 142 с.), который принят авторами за прототип.

Оптическая схема объектива-прототипа состоит из склеенных положительной двояковыпуклой линзы и отрицательной двояковогнутой линзы, образованных только сферическими поверхностями. В качестве оптических материалов использовались оптические стекла, у которых разность показателей преломления для основной длины волны (=0.546 мкм) превышает 0.02.

Недостатком известного двухлинзового склеенного объектива является небольшое относительное отверстие, не превышающее 1:5, 1:4.

Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, - создание светосильного объектива с повышенным относительным отверстием и улучшенным качеством изображения, за счет коррекции сферической аберрации, комы и хроматизма положения.

Решение указанной задачи достигается тем, что у двухлинзового объектива, содержащего положительную двояковыпуклую линзу и отрицательную двояковогнутую линзы, выпуклая поверхность двояковыпуклой линзы, обращенная к предмету, выполнена асферической с уравнением поверхности:

,

где r₀ - радиус кривизны при вершине поверхности; e² - квадрат эксцентриситета поверхности; y, z - координаты асферической поверхности, а линзы выполнены из оптических материалов, для которых разность показателей преломления для основной длины волны (=0.546 мкм) не превышает 0.002, а разность коэффициентов средней дисперсии (_e) превышает 20.

Введение асферизации на первой выпуклой поверхности в пределах изменения е² =0.5÷0.7 позволяет существенно улучшить коррекцию сферической аберрации, благодаря чему появляется возможность увеличения относительного отверстия (1:2÷1:1.5).

Использование в линзах оптических материалов, у которых разность показателей преломления для основной длины волны (=0.546 мкм) не превышает 0.002, а разность коэффициентов средней дисперсии (_e) превышает 20, позволяет минимизировать хроматические аберрации -хроматизм положения.

Указанная совокупность признаков позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющее создать двухлинзовый объектив с повышенным относительным отверстием и и улучшенным качеством изображения, за счет коррекции сферической аберрации, комы и хроматизма положения.

Совокупность всех признаков позволяет решить поставленную задачу, исключение любого из них ведет к невозможности реализации двухлинзового объектива с увеличенным относительным отверстием и улучшенной коррекцией аберраций и качеством изображения.

Сущность изобретения поясняется таблицами и чертежом.

На чертеже представлена оптическая схема предлагаемого двухлинзового объектива. Конструктивные параметры объектива представлены в таблице 1, технические характеристики в таблице 2, остаточные аберрации в таблицах 3 и 4.

Таблица 1.
Конструктивные параметры объектива
r, мм	d, мм	Марка стекла	nе	e
		Воздух	1.0000
68.24	15	СТК9	1.7460	50.00
-62.61	5	ТФ4	1.7462	28.00
800		Воздух	1.0000
- асферическая поверхность, квадрат эксцентриситета поверхности е2=0.53

Таблица 2.
Технические характеристики объектива
Название характеристики	Значение
Фокусное расстояние, мм	100
Относительное отверстие	1:2
Угловое поле, угл. град	6°
Задний фокальный отрезок, мм	86.49
Таблица 3.
Аберрации точки на оси
h	S'	y'	, %			tg'
25.00	-0.015	-0.004	0.04	-0.32	-0.083	26.13
21.65	-0.002	0	0.03	-0.15	-0.033	22.44
17.68	0.005	0.001	0.01	0	0	18.17
12.50	0.006	0.001	0	0.13	0.016	12.74
0	0	0	0	0.24	0	0
Таблица 4.
Аберрации главного луча
	y'				, %
-3°	-5.181	-0.46	-0.20	0.26	-0.26
-2°719	-3.663	-0.23	-0.23	0	-0.13
0	0	0	0	0	0

Двухлинзовый объектив содержит последовательно расположенные по ходу луча двояковыпуклую 1 и двояковогнутую линзы 2.

Примером конкретной реализации предлагаемой полезной модели является двухлинзовый объектив, склеенный из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линзы, имеющий фокусное расстояние f'=100 мм, относительное отверстие D/f'=1:2 и угловое поле 2=6°.

Техническим преимуществом предлагаемого изобретения, по сравнению с прототипом является:

- увеличенное в два раза относительное отверстие;

- улучшенное качество изображения для точки на оси, за счет исправления сферической аберрации и хроматизма положения.

Реализация технических преимуществ двухлинзового объектива по предлагаемой полезной модели повышает его разрешающую способность, что позволяет использовать в различных областях приборостроения.

Двухлинзовый объектив, содержащий склеенные положительную двояковыпуклую и отрицательную двояковогнутую линзы, отличающийся тем, что выпуклая поверхность двояковыпуклой линзы, обращенная к предмету, выполнена асферической с уравнением поверхности:

y²=2r₀z-(1-e²)z² ,

где r₀ - радиус кривизны при вершине поверхности; е² - квадрат эксцентриситета поверхности, причем е ² лежит в пределах 0,5÷0,7; y, z - координаты асферической поверхности, а линзы выполнены из оптических материалов, разность показателей преломления которых для основной длины волны (=0,546 мкм) не превышает 0,002, а разность коэффициентов средней дисперсии (_e) превышает 20.