ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 1994 года по МПК G02B9/62 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к проекционным измерительным объективам.

Известен объектив, содержащий две группы линз с положительными оптическими силами, каждая из которых выполнена в виде положительного и отрицательного компонентов, расположенных в последовательности (+ - - +). Первая группа состоит из положительного мениска и склеенной линзы, а вторая - из склеенной линзы и двояковыпуклой линзы [1] .

К недостаткам такого объектива относится малая светосила, низкая разрешающая способность, низкое качество изображения.

Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа, является объектив, содержащий шесть линз, разделенных на две несимметричные группы, первая из которых состоит из положительной линзы и двух менисков, а вторая - из двух менисков и двояковыпуклой линзы, причем мениски одной группы обращены вогнутыми поверхностями к менискам другой группы [2] .

Недостатки указанного объектива следующие.

1. Данный объектив относится к объективам со средним фокусным расстоянием, следовательно, обладает небольшим линейным полем изображения.

2. Объектив имеет резкое падение разрешающей способности по полю изображения из-за аберраций внеосевых пучков и остаточной дисторсии.

3. Объектив нетехнологичен в изготовлении, так как для компенсации аберраций внутренние параметры объектива (радиусы, толщины, воздушные промежутки, материалы стекол) связаны жесткими соотношениями. И только соблюдение этих соотношений позволяет получить заданные характеристики объектива.

Целью изобретения является увеличение линейного поля при улучшении качества изображения и повышение разрешающей способности по всему полю зрения, а также повышение технологичности изготовления.

Цель достигается тем, что в известном объективе, содержащем шесть линз, разделенных на две несимметричные группы, первая группа состоит из положительной линзы и двух менисков, а вторая группа - из двух менисков и двояковыпуклой линзы, причем мениски одной группы обращены вогнутыми поверхностями к менискам другой группы, мениски в каждой группе имеют силы противоположного знака, причем последний мениск первой группы и первый мениск второй группы имеют силы одного знака, при этом расстояние между менисками в каждой группе не превышает 0,05 от фокусного расстояния объектива и, кроме того, увеличения первой и второй групп связаны между собой следующим соотношением:
V₁ = - (0,05-0,15) V₂.

Для повышения технологичности изготовления линзы с силами одного знака выполнены из стекла одного сорта с показателем преломления n > 1,64.

На фиг. 1 представлена оптическая схема предлагаемого объектива; на фиг. 2, 3 представлены графики ЧКХ проекционного объектива - 10^х, 20^х.

Объектив (фиг. 1) содержит две группы линз 1,2 с положительными оптическими силами одного порядка, расположенные на одной оптической оси. Первая группа линз состоит из положительной, например двояковыпуклой линзы 3 и двух менисков 4,5, имеющих оптические силы разных знаков. Вторая группа состоит из двух менисков 6,7, имеющих также оптические силы разных знаков, и двояковыпуклой линзы 8. Диафрагма 9 расположена после последней поверхности объектива. Мениски 4,5 первой и мениски 6,7 второй групп обращены вогнутыми поверхностями друг к другу. Мениски 5 и 6 имеют оптические силы одного знака.

Пучок лучей от предмета падает на линзу 3 и, последовательно преломляясь линзами 3-8, строит изображение на поверхности изображения, причем линзы 3 и 8 формируют сходящийся пучок лучей, а мениски 4,5 первой и мениски 6,7 второй групп линз формируют расходящийся пучок лучей. Действующая апертура пучка ограничивается диафрагмой 9.

Объектив рассчитан на компенсацию аберраций первой и второй групп линз, при этом исходными данными для расчета являются значения переднего рабочего отрезка S₁ = 100-160 мм и заднего рабочего отрезка S¹= 2700-2750 мм. Исходя из этих величин и общего увеличения объектива, выбирают соотношение между увеличениями первой и второй групп линз, оно составляет V₁ = -(0,05-0,15) V₂ (в расчете принято V₁ = = - 0,1V₂.

Благодаря использованию менисков с таким распределением оптических сил по знаку, как в предлагаемом объективе, можно получить нулевые значения аберраций, за счет чего не предъявляются, как в прототипе, жесткие требования к внутренним параметрам объектива (радиусам, толщинам линз, материалам стекол). Это дает возможность, например, сократить номенклатуру используемых материалов для изготовления линз, что делает такой объектив более технологичным.

В данном расчете автор использовал материалы двух марок, линзы с положительными силами из СТК 19, а линзы с отрицательными силами - из ТФ 5. Для уменьшения влияния аберраций внешних порядков выбраны материалы с показателем преломления n > 1,64. Объектив работает в видимой области спектра. Объектив исправлен для линии спектра λ_o = 546 нм и ахроматизирован в спектральном диапазоне от λ₁= 480 нм до λ₂= 643,8 нм.

По данной принципиальной схеме (фиг. 1) рассчитаны проекционные объективы для увеличений - 10^х и - 20^х с линейными полями в пространстве предметов 60 мм и 30 мм, апертурами в пространстве предметов 0,05 и 0,07 соответственно.

Предлагаемый объектив по сравнению с прототипом позволяет увеличить линейное поле при улучшении качества изображения, повысить разрешающую способность по всему полю зрения. Кроме того, предлагаемый объектив более технологичен по сравнению с прототипом, так как его элементы могут быть выполнены из оптического стекла всего двух марок, тогда как в прототипе требуется выполнение каждой линзы из разных марок стекла, а шестая линза выполнена с равными радиусами.

(56) 1. Волосов Д. С. , Цивкин М. В. Теория и расчет светооптических систем. М. : Искусство, 1960, с, 473.

2. Патент США N 3447858, кл. G 02 B 9/62, 1964.

Использование: изобретение относится к измерительной технике, в частности к проекционным измерительным объективам. Сущность изобретения: объектив содержит две группы линз, первая из которых содержит положительную линзу и два мениска с оптической силой противоположных знаков, а вторая - два мениска с силами противоположных знаков и двояковыпуклую линзу, при этом мениски двух групп обращены вогнутостями друг к другу, а последний мениск группы и первый мениск второй группы имеют силы одного знака. Расстояние между менисками в каждой группе не превышает 0,05 фокусного расстояния объектива, а увеличения первой V₁ и второй V₂ групп связаны между собой следующим соотношением: V₁=-(0.05-0.15)V₂. Линзы с силами одного знака выполнены из стекла одного сорта с показателем преломления n = 1,64. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ , содеpжащий шесть линз, pазделенных на две несимметpичные гpуппы, пеpвая из котоpых состоит из положительной линзы и двух менисков, обpащенных вогнутостью к изобpажению, а втоpая - из двух менисков, обpащенных вогнутостью к пpедмету, и двояковыпуклой линзы, отличающийся тем, что, с целью увеличения линейного поля пpи улучшения качества изобpажения и повышения pазpешающей способности по всему полю зpения, мениски в каждой гpуппе имеют оптические силы пpотивоположного знака, пpичем последний мениск пеpвой гpуппы и пеpвый мениск втоpой гpуппы имеют силы одного знака, пpи этом pасстояние между менисками в каждой гpуппе не пpевышает 0,05 фокусного pасстояния объектива, а увеличения пеpвой V₁ и втоpой V₂ гpупп связаны между собой соотношением
V₁ = -(0,005 - 0,15)V₂. 2. Объектив по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности изготовления, линзы с силами одного знака выполнены из стекла одного соpта с показателем пpеломления n > 1,64.