концентрический линзовый объектив

Формула изобретения

КОНЦЕНТРИЧЕСКИЙ ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ, содержащий двояковыпуклую линзу и не более двух концентрических менисков, прилегающих к поверхностям двояковыпуклой линзы без зазоров с разных сторон, отличающийся тем, что радиусы поверхностей двояковыпуклой линзы и радиусы внешних поверхностей объектива не равны друг другу по абсолютной величине, причем радиус внешней поверхности последнего мениска равен расстоянию от общего центра концентрических поверхностей до фокуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к объективам и может быть использовано в оптических системах наблюдения и в устройствах фоторегистрации.

Известен линзовый концентрический объектив "Сферогон" [1]. Его недостаток - сравнительно сложная конструкция. Он состоит из шести линз и имеет относительное отверстие 1:3.

Наиболее близок по технической сущности к данному объективу шаровидный концентрический объектив [2] . Он представляет собой линзу-шар с двумя приклеенными к нему одинаковыми концентрическими менисками. Объектив обеспечивает поле зрения 2= 140^о при относительном отверстии до 1:2. Изображение формируется на сферической поверхности с радиусом кривизны, равным фокусному расстоянию объектива. Недостаток прототипа - значительный по величине задний отрезок. Для работы такого объектива, например, с волоконным световодом, необходима тщательная начальная юстировка, которая в процессе эксплуатации может нарушаться, например, из-за температурных изменений, вибраций, ударов, ускорений (например, при эксплуатации на самолете, вертолете и т.д.).

Целью изобретения является упрощение технологии сборки систем, содержащих данный объектив, и повышение их надежности при эксплуатации.

Цель достигается тем, что в концентрическом линзовом объективе, содержащем двояковыпуклую линзу и два прилегающих к ней без зазоров концентрических мениска, радиусы поверхностей двояковыпуклой линзы и радиусы внешних поверхностей менисков выполняются не равными друг другу по абсолютной величине, причем радиус последней поверхности объектива равен расстоянию от общего центра концентрических поверхностей до фокуса.

На фиг. 1, 3 изображены объективы с конкретно определенными параметрами, где на фиг. 1: r₁ = 73,37; r₂ = 21,0; r₃ = -44,253; r₄ = -100; f^l = 181,56; на фиг. 3: r₁ = r₂ = 41,83; r₃ = -18,403; r₄ = -100; f^l = 161,30; на фиг. 2, 4 - их аберрационные характеристики соответственно а координатах ( y^l, H, где Н - высота луча на первой поверхности; y^l - высота точки его пересечения с фокальной плоскостью. Буквами C, D, F обозначены аберрационные кривые соответственно для длин волн 656,3 нм, 589,3 нм, 486,1 нм (линии спектра С, D, F).

Установлено, что лучшие характеристики имеют объективы на тяжелых стеклах при минимальной (насколько это возможно) разнице показателей преломления и чисел Аббе у материалов менисков, с одной стороны, и материалов центрального двояковыпуклого элемента, с другой. В качестве конкретного примера - объектив по фиг. 1. Здесь материал менисков - стекло ТФ10 с показателем преломления n₁ = n₃ = 1,806 и числом Аббе v₁ = v₃ = 25,36; материал центральной линзы - стекло ТБФ4; n₂ = 1,7786; v₂ = 38,07 (ГОСТ 13659-78).

При уменьшении показателя преломления стекол быстро уменьшается толщина мениска, ограниченного радиусами r₁, r₂, и можно подобрать материалы так, что значения радиусов r₁ и r₂ как решения соответствующей системы уравнений станут равны, т.е. один мениск исчезает, трехкомпонентная система вырождается в двухкомпонентную, конструкция упрощается. При этом сохраняется характерный S-образный вид аберрационной характеристики (фиг. 4). Пример такого объектива - на фиг. 3. Здесь материал двояковыпуклой линзы - стекло К8 n₂ = 1,5163; v₂ = 64,05; материал мениска - стекло Ф6; n₃ = 1,6031; v₃ = 37,93.

Угловая сферическая аберрация не есть угловой размер аберрационного пятна и даже не связана с ним однозначно. Поэтому окончательную доработку и контроль объектива следует производить с непосредственным просчетом хода лучей.

Объективы предложенной конструкции можно, например, приклеивать последней поверхностью к вогнутой сферической поверхности торца волоконного световода, как показано на фиг. 1, 3. При этом точная юстировка обеспечивается самой конструкцией объектива и она не нарушается ни при каких условиях, пока сохраняется прочность склейки. Такие объективы можно использовать и для фотографирования на фотопленку при контакте ее с последней поверхностью (наподобие иммерсионного объектива).

Эти же системы можно применять в качестве окуляров.