ДВУХКОМПОНЕНТНАЯ ПАНКРАТИЧЕСКАЯ ОБОРАЧИВАЮЩАЯ СИСТЕМА Российский патент 1995 года по МПК G02B15/14 

Изобретение относится к оптическому приборостроению.

Известны двухкомпонентные панкратические оборачивающие системы, расчет которых основан на методах геометрической оптики. Суть метода заключается в том, что межкомпонентное расстояние d связывают с линейным увеличением β при известных фокусных расстояниях f₁ и f₂ (имеются в виду задние фокусные расстояния), и расстоянием l между предметом и изображением формулой
d = l ± )
Величины S и S^I - расстояния от первого компонента до плоскости объекта и от второго компонента до плоскости изображения - могут быть представлены в виде:
S = f ; S′ = f
Для контроля служит формула
S^I = l + S - d.

Недостатком известного решения является то, что не определены границы изменения параметров f₁, f₂, β , l, d, кроме того, не учитывается условие непересечения траекторий движений компонент, то есть предлагаемый расчет не позволяет выбрать оптимальную конструкцию панкратической системы [1].

Наиболее близким техническим решением является двухкомпонентная панкратическая оборачивающая система с действительными плоскостями предмета и изображения, оба компонента которой имеют положительные оптические силы, установлены с возможностью нелинейного зависимого перемещения вдоль оптической оси и удовлетворяют следующим условиям.

Оптические силы первой группы линз ϕ_o и второй группы ϕ имеют противоположные знаки и связаны с эквивалентной оптической силой компонент ϕ_э соотношениями:
ϕ_o = -(-0,7-0,9) ϕ_э;
ϕ = (1,3-1,5) ϕ_э.

Расстояние между главными плоскостями обеих групп составляет 0,25-0,35 эквивалентного фокусного расстояния.

Фокусные расстояния компонент равны 0,35 длины системы [2].

Наиболее близкое техническое решение имеет следующие недостатки.

Если соблюдать условие f^I = f_n^I = f_k^I= =0,35 l, то конструкция получается работоспособной, но не имеет оптимальных габаритов; нижнее значение увеличения β_min > -0,333 невозможно реализовать в данной конструкции.

Сущность заявляемого изобретения сводится к определению методами геометрической оптики области реализации двухкомпонентной панкратической системы с нелинейным законом движения компонент вдоль оптической оси путем оптимального выбора конкретного значения каждого из взаимосвязанных параметров β_min - β_max , f_I^I , f_II^I , L, d, где β_min - β_max - диапазон изменения увеличения панкратической оптической системы;
f _I^I, f_II^I - фокусные расстояния компонент панкратической системы;
L - длина панкратической оптической системы;
d - воздушный промежуток между главными плоскостями компонент системы.

Двухкомпонентная панкратическая оборачивающая система имеет техническое решение при выполнении следующих условий:
_ ≅ L ≅ 2(f+f)+ (1)
-2+ -A≅ -2+ + (2)
D = L²-4ff - 4L(f+f) ≥ 0 (3) где А - отношение фокусных расстояний первой и второй компонент
А = f_I^I /f_II^I ; (4) D - дискриминант выражения (5);
d_min - минимальный воздушный промежуток между главными плоскостями компонент системы.

На фиг. 1 представлена эквивалентная оптическая схема панкратической оборачивающей системы; на фиг. 2 - область определения соотношений фокусных расстояний f_I^I /f_II^I .

Панкратическая оборачивающая система состоит из двух подвижных компонентов 1 и 2 в общем случае с нелинейным законом движения компонент вдоль оптической оси (фиг. 1). Частным случаем системы является движение одного из компонентов по линейному закону. Каждый компонент может состоять из одной либо из группы линз. Система описывается известными выражениями:
d = L - (5)
S₂ =f (6)
S = f (7) где S^I₂ и S₂ - передние и задние отрезки системы.

При β f_II^I + f^I_I = 0 (8) в выражениях (6) и (7) S₂ = S₂^I = ∞ и наблюдается пропадание изображения. Следовательно,β = β_кр= из рабочего диапазона исключается. Из условия непересечения траекторий движения компонент нам известно d_min. Определяется минимальная длина системы как
L_min= - (9) Выражение (9) имеет максимальное значение при β = β_max. Итак, условие непересечения траекторий движения компонент имеет вид:
L ≥ L_min= - (10) Выражение (10) справедливо для угла развертки пазов <= 360^о.

Выражение (5) имеет действительное решение при
D = L²-4ff- 4L(f+f) ≥ 0 (11)
Отсюда максимальная длина системы не может превышать
L = L_max= 2(f+f) + (12)
Длина панкратической оборачивающей системы лежит в диапазоне
L_min ≅ L ≅ L_max. (13)
Выражение (12) имеет действительное решение при условии
_≥0 (14)
Выражение (14) преобразуется в виде
- (15) где А = f_I^I /f_II^I . (16)
Следовательно, область определения А лежит в диапазоне
-2+ -A≅ -2+ + (17) и приведена на фиг. 2.

Таким образом оптимальное решение двухкомпонентной панкратической оборачивающей системы в общем случае с нелинейным законом зависимого движения компонентов вдоль оптической оси находится среди множества решений, удовлетворяющих условиям:
-2+ -A≅ -2+ + (18)
_ ≅ L ≅ 2(f+f)+ (19)
D = L²-4ff- 4L(f+f) ≥ 0 (20)
β < 0; f_I^I , f^I_II > 0. (21)
Для конкретных значений параметров панкратической оборачивающей системы результаты расчетов приведены в табл. 1-5. В табл. 1-5 приняты следующие обозначения: "1" - реализуемый вариант конструкции; "0" - нереализуемый вариант конструкции; BN - нижнее значение границы увеличения панкратической оборачивающей системы; BW - верхнее значение границы увеличения панкратической оборачивающей системы; DB - шаг приращения β по всей границе изменения; DMIN - минимальный воздушный промежуток; F₂ - эквивалентное фокусное расстояние второй компоненты.

Т а б л и ц а 1 BN = -0,60 BW = -3,00 DB = 0,20 DMIN = 10,00 F2 = 30,00
B A1 A2 L1 L2 D1 D2
-0,60 1,67 0,60 112,86 73,16 1 0
-0,80 1,25 0,80 102,61 85,00 1 1
-1,00 1,00 1,00 94,00 94,00 1 1
-1,20 1,20 0,83 101,07 86,67 1 1
-1,40 1,40 0,71 106,77 80,34 1 1
-1,60 1,60 0,62 111,47 74,84 1 1
-1,80 1,80 0,56 115,41 70,00 1 0
-2,00 2,00 0,50 118,75 65,71 1 0
-2,20 2,20 0,45 121,63 61,89 0 0
-2,40 2,40 0,42 124,13 58,46 0 0
-2,60 2,60 0,38 126,33 55,37 0 0
-2,80 2,80 0,36 128,27 52,56 0 0
-3,00 3,00 0,33 130,00 50,00 0 0
Т а б л и ц а 2
BN = -0,60 BW = -3,00 DB = 0,20
DMIN = 10,00 F2 = 25,00
B A1 A2 L1 L2 D1 D2
-0,60 1,67 0,60 96,27 63,33 1 0
-0,80 1,25 0,80 87,93 73,33 1 1
-1,00 1,00 1,00 80,83 80,83 1 1
-1,20 1,20 0,83 86,67 74,73 1 1
-1,40 1,40 0,71 91,33 69,42 1 1
-1,60 1,60 0,62 95,15 64,76 1 0
-1,80 1,80 0,56 98,33 60,64 1 0
-2,00 2,00 0,50 101,03 56,97 0 0
-2,20 2,20 0,45 103,33 53,68 0 0
-2,40 2,40 0,42 105,33 50,71 0 0
-2,60 2,60 0,38 107,08 48,02 0 0
-2,80 2,80 0,36 108,63 45,57 0 0
-3,00 3,00 0,33 110,00 43,33 0 0
Т а б л и ц а 3
BN = -0,60 BW = -3,00 DB = 0,20
DMIN = 10.00 F2 = 20.00
B A1 A2 L1 L2 D1 D2
-0,60 1,67 0,60 79,74 53,64 1 0
-0,80 1,25 0,80 73,33 61,79 1 1
-1,00 1,00 1,00 67,78 67,78 1 1
-1,20 1,20 0,83 72,35 62,92 1 1
-1,40 1,40 0,71 75,96 58,63 1 0
-1,60 1,60 0,62 78,89 54,81 1 0
-1,80 1,80 0,56 81,30 51,40 0 0
-2,00 2,00 0,50 83,33 48,33 0 0
-2,20 2,20 0,45 85,06 45,56 0 0
-2,40 2,40 0,42 86,55 43,03 0 0
-2,60 2,60 0,38 87.85 40,72 0 0
-2,80 2,80 0,36 88,99 38,61 0 0
-3,00 3,00 0,33 90,00 36,67 0 0
Т а б л и ц а 4
BN = -0,60 BW = -3,00 DB = 0,20
DMIN = 10,00 F2 = 15,00
B A1 A2 L1 L2 D1 D2
-0,60 1,67 0,60 63,33 44,29 0 0
-0,80 1,25 0,80 58,95 50,59 1 0
-1,00 1,00 1,00 55,00 55,00 1 1
-1,20 1,20 0,83 58,26 51,43 1 0
-1,40 1,40 0,71 60,77 48,18 0 0
-1,60 1,60 0,62 62,76 45,22 0 0
-1,80 1,80 0,56 64,38 42,50 0 0
-2,00 2,00 0,50 65,71 40,00 0 0
-2,20 2,20 0,45 66,84 37,69 0 0
-2,40 2,40 0,42 67,80 35,56 0 0
-2,60 2,60 0,38 68,64 33,57 0 0
-2,80 2,80 0,36 69,36 31,72 0 0
-3,00 3,00 0,33 70,00 30,00 0 0
Т а б л и ц а 5
BN = -0,60 BW = -3,00 DB = 0,20
DMIN = 10,00 F2 = 10,00
B A1 A2 L1 L2 D1 D2
-0,60 1,67 0,60 47,33 36,67 0 0
-0,80 1,25 0,80 45,33 40,83 0 1
-1,00 1,00 1,00 43,33 43,33 1 1
-1,20 1,20 0,83 45,00 41,33 0 1
-1,40 1,40 0,71 46,19 39,33 0 0
-1,60 1,60 0,62 47,08 37,33 0 0
-1,80 1,80 0,56 47,78 35,33 0 0
-2,00 2,00 0,50 48,33 33,33 0 0
-2,20 2,20 0,45 48,79 31,33 0 0
-2,40 2,40 0,42 49,17 29,33 0 0
-2,60 2,60 0,38 49,49 27,33 0 0
-2,80 2,80 0,36 49,76 25,33 0 0
-3,00 3,00 0,33 50,00 23,33 0 0

Использование: в оптическом приборостроении. Сущность изобретения: в двухкомпонентной панкратической оборачивающей системе, оба компонента которой установлены с возможностью нелинейного зависимого перемещения вдоль оптической оси, длина системы и отношение фокусных расстояний первого и второго компонентов удовлетворяют условиям, приведенным в описании. 2 ил., 5 табл.

ДВУХКОМПОНЕНТНАЯ ПАНКРАТИЧЕСКАЯ ОБОРАЧИВАЮЩАЯ СИСТЕМА, содержащая два компонента, установленных с возможностью нелинейного зависимого перемещения вдоль оптической оси, отличающаяся тем, что в ней длина системы L и отношение фокусных расстояний первого и второго компонентов удовлетворяют условиям



β < 0 ;

где β - линейное увеличение системы;
b_min ÷ β_max - диапазон изменения линейного увеличения системы;
- фокусные расстояния первого и второго компонентов системы соответственно;
α_min - минимальное значение величины воздушного промежутка между главными плоскостями компонентов системы.