Патент на изобретение №2298213
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ОБЪЕКТИВ С ПЕРЕМЕННЫМ ФОКУСНЫМ РАССТОЯНИЕМ
(57) Реферат:
Объектив содержит пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, второй из которых склеен из положительной и отрицательной линз, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, выполненные соответственно в виде одиночных двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент – коллектив, пятый компонент – проекционная система, выполненная в виде одиночных двояковыпуклой линзы и трех положительных менисков, первый и второй из которых обращены выпуклостью к предмету, третий – выпуклостью к изображению, и апертурную диафрагму. Первый мениск первого компонента выполнен склеенным из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз, положительная и отрицательная линзы второго мениска первого компонента выполнены в виде одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз соответственно. Апертурная диафрагма размещена между двояковыпуклой линзой и первым положительным мениском пятого компонента. При этом выполнены соотношения, указанные в формуле изобретения и определяющие требования к материалам для изготовления первого, второго и третьего компонентов объектива и к конструктивным параметрам объектива. Технический результат – повышение качества изображения. 1 ил., 2 табл.
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с переменным фокусным расстоянием, и может быть использовано в системах оптической локации, оптической связи, управления и наблюдательных приборах. Известен объектив с переменным фокусным расстоянием, содержащий пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух одиночных положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, второй и третий компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси и выполнены соответственно в виде одиночных отрицательной и положительных линз, четвертый компонент – коллектив, размещенный во внефокальной плоскости, пятый компонент – проекционная система, выполненная в виде одиночных положительной линзы и двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету (Авторское свидетельство СССР №1089535, МКИ G 02 B 15/16, опублик. 30.04.84, бюл. №16). Указанный объектив имеет малое относительное отверстие и создает изображение недостаточно высокого качества. Причиной этого являются большие сферические и хроматические аберрации объектива. Наиболее близким к заявляемому является объектив с переменным фокусным расстоянием, содержащий пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, второй из которых склеен из положительной и отрицательной линз, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, выполненные соответственно в виде одиночных двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент – коллектив, размещенный во внефокальной плоскости, пятый компонент – проекционная система, выполненная в виде одиночных двояковыпуклой линзы и трех положительных менисков, первый и второй из которых обращены выпуклостью к предмету, третий – выпуклостью к изображению, и апертурную диафрагму (Патент РФ №2115941, МПК6 G 02 B 15/16, опублик. 20.07.98, бюл. №20). Указанный объектив создает изображение недостаточно высокого качества. Причиной этого являются большие сферические и хроматические аберрации объектива. Задача настоящего изобретения – повышение качества изображения. Для решения поставленной задачи в объективе с переменным фокусным расстоянием, содержащем пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, второй из которых склеен из положительной и отрицательной линз, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, выполненные соответственно в виде одиночных двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент – коллектив, пятый компонент – проекционная система, выполненная в виде одиночных двояковыпуклой линзы и трех положительных менисков, первый и второй из которых обращены выпуклостью к предмету, третий – выпуклостью к изображению, и апертурную диафрагму, новым является то, что первый мениск первого компонента выполнен склеенным из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз, положительная и отрицательная линзы второго мениска первого компонента выполнены в виде одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз соответственно, апертурная диафрагма размещена между двояковыпуклой линзой и первым положительным мениском пятого компонента, при этом выполнены соотношения: n2-n1>0.15;
|R4| 11 где n1, n2 – показатель преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;
R4 – радиус выпуклой поверхности второго мениска первого компонента; D6 max – максимальное расстояние от последней поверхности первого компонента до первой поверхности второго компонента, соответствующее максимальному фокусному расстоянию объектива; R6 – радиус вогнутой поверхности второго мениска первого компонента; D12 – расстояние от последней поверхности четвертого компонента до первой поверхности пятого компонента; Da – диаметр апертурной диафрагмы. Использование в первом компоненте менисков, склеенных из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и выполнение указанных соотношений позволяет уменьшить сферические и хроматические аберрации объектива и повысить качество изображения. Изобретение поясняется чертежом, где изображена оптическая схема объектива с переменным фокусным расстоянием. Объектив с переменным фокусным расстоянием состоит из последовательно размещенных на оптической оси неподвижного компонента 1, подвижных компонентов 2 и 3 и неподвижных компонентов – коллектива 4 и проекционной системы 5. Компонент 1 состоит из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету. Первый мениск выполнен склеенным из положительной линзы 6, изготовленной из стекла с меньшим значением показателя преломления и большим значением дисперсии, и отрицательной линзы 7, изготовленной из стекла с большим значением показателя преломления и меньшим значением дисперсии. Второй мениск выполнен склеенным из положительной линзы 8, изготовленной из стекла с меньшим значением дисперсии, и отрицательной линзы 9, изготовленной из стекла с большим значением дисперсии. Компонент 2 выполнен в виде одиночной двояковогнутой линзы, изготовленной из стекла с большим значением дисперсии, компонент 3 – в виде одиночной двояковыпуклой линзы, изготовленной из стекла с меньшим значением дисперсии. Коллектив 4 выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы и установлен со смещением относительно фокальной плоскости оптической системы, образуемой компонентами 1, 2 и 3. Проекционная система 5 состоит из четырех одиночных линз 10, 11, 12, 13. Линза 10 – двояковыпуклая, линзы 11 и 12 – положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, линза 13 – положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению. Апертурная диафрагма 14 размещена между двояковыпуклой линзой 10 и первым положительным мениском 11. При этом выполнены следующие соотношения: n2-n1>0.15;
|R4| 11 где n1, n2 – показатель преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;
R4 – радиус выпуклой поверхности второго мениска первого компонента; D6 max – максимальное расстояние от последней поверхности первого компонента до первой поверхности второго компонента, соответствующее максимальному фокусному расстоянию объектива; R6 – радиус вогнутой поверхности второго мениска первого компонента; D12 – расстояние от последней поверхности четвертого компонента до первой поверхности пятого компонента; Da – диаметр апертурной диафрагмы. Первое и второе соотношения определяют требования к материалам для изготовления первого, второго и третьего компонентов объектива. Третье и четвертое соотношения определяют требования к конструктивным параметрам объектива. Выполнение всех указанных соотношений позволяет уменьшить сферические и хроматические аберрации объектива и повысить качество изображения. Ниже приведен пример конкретного выполнения объектива с переменным фокусным расстоянием согласно настоящему изобретению. В табл.1 приведены конструктивные параметры объектива – радиусы поверхностей, толщины промежутков и марки стекол линз, а также значения показателей преломления и дисперсии стекол на рабочей длине волны
Объектив предназначен для получения коллимированного пучка от полупроводникового лазера и имеет следующие характеристики: – перепад увеличения объектива М=160; – фокусное расстояние F=0.42-68 мм; – относительное отверстие D/F=1:1.6; – поле зрения 2 – диапазон длин волн – среднеквадратичное отклонение волновой аберрации Предложенная система позволяет создать объектив с улучшенным качеством изображения, большим перепадом увеличения и большим относительным отверстием.
Формула изобретения
Объектив с переменным фокусным расстоянием, содержащий пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, второй из которых склеен из положительной и отрицательной линз, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, выполненные соответственно в виде одиночных двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент – коллектив, размещенный во внефокальной плоскости, пятый компонент – проекционная система, выполненная в виде одиночных двояковыпуклой линзы и трех положительных менисков, первый и второй из которых обращены выпуклостью к предмету, третий – выпуклостью к изображению, и апертурную диафрагму, отличающийся тем, что первый мениск первого компонента выполнен склеенным из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз, положительная и отрицательная линзы второго мениска первого компонента выполнены в виде одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз соответственно, апертурная диафрагма размещена между двояковыпуклой линзой и первым положительным мениском пятого компонента, при этом выполнены соотношения n2-n1>0,15;
|R4| 11 где n1, n2 – показатель преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;
R4 – радиус выпуклой поверхности второго мениска первого компонента; D6 max – максимальное расстояние от последней поверхности первого компонента до первой поверхности второго компонента, соответствующее максимальному фокусному расстоянию объектива; R6 – радиус вогнутой поверхности второго мениска первого компонента; D12 – расстояние от последней поверхности четвертого компонента до первой поверхности пятого компонента; Da – диаметр апертурной диафрагмы.
РИСУНКИ
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1/
0=900 нм. В табл.2 – переменные воздушные промежутки для восьми состояний объектива. Поверхности №11, 13, 16, 18 (см. таблицу ниже), слабо влияющие на качество изображения, выполнены плоскими. Апертурная диафрагма расположена вблизи поверхности 14 и имеет диаметр Da=5.8 мм.
=16°-6′;