МАЛОГАБАРИТНЫЙ ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 1995 года по МПК G02B9/34 

Изобретением относится к приборостроению, а именно к оптике, может быть использовано в приборах с малым увеличением, например в сканерах, факcимильных устройствах.

Известен объектив типа "Индустар" [1] с фокусным расстоянием f' 100 мм, относительным отверстием 1:4,5, угловым полем в пространстве предметов 2 ω= 35^о. Система обеспечивает достаточно высокое качество изображения в пределах всего поля изображения: поперечная сферическая аберрация не превышает 0,009 мм, астигматизм в пределах поля изображения 0,12 мм, дисторсия 0,06% Объектив ахроматизирован для спектральных линий g и l.

Недостатком известного объектива является небольшое относительное отверстие и наличие виньетирования, которое вызывает неравномерность освещенности в плоскости изображения.

Наиболее близким к заявляемому устройству является светосильный проекционный телеобъектив [2] содержащий четыре линзы, первая и третья из которых выполнены двояковыпуклыми, а вторая и четвертая двояковогнутыми, при этом расстояние между второй и третьей линзами равно 0,1 фокусного расстояния телеобъектива, показатели преломления n_e и коэффициенты дисперсии ν_е двояковыпуклых линз удовлетворяют условиям
1,6 < n_e < 1,67
47 < ν_е < 60, а двояковогнутых линз
1,49 < n_e < 1,76
27 < ν_е < 70.

Недостатком прототипа является малая светосила для данного класса систем и наличие виньетирования.

Целью изобретения является создание объектива с увеличенной светосилой при сохранении высокого качества изображения и при отсутствии виньетирования в пределах поля изображения.

Цель достигается тем, что в объективе, содержащем четыре линзы, из которых вторая выполнена двояковогнутой, третья двояковыпуклой, показатель преломления n_e и коэффициент дисперсии второй линзы удовлетворяют условию n_e≅1,58 и ν_е≅37,7, в отличие от прототипа, первая линза положительный мениск, выпуклостью обращенный к предмету, четвертая линза отрицательный мениск, выпуклостью обращенный к плоскости изображения, с показателем преломления n_e≅1,58 и коэффициентом дисперсии ν_е≅37,7, при этом выполняются условия:
r₄ 0,375f' -0,7r₆
l₂ 1,9l₁ 0,375f'
l₃ 0,08f', где r₄ второй радиус второй линзы; l₁ первый воздушный промежуток; l₂ второй воздушный промежуток; l₃ третий воздушный промежуток; r₆ второй радиус третьей линзы; f' фокусное расстояние объектива.

Увеличение относительного отверстия при отсутствии виньетирования в пределах рабочего поля и при сохранении высокого качества изображения является необходимым условием работы оптической системы с ПЗС-приемником, так как это повышает освещенность и обеспечивает хорошую равномерность освещенности в пределах поля изображения. Это достигается конструкцией объектива, взаимным расположением линз, отличающихся по знаку оптической силы, а также выбором радиуса кривизны четвертой поверхности, удовлетворяющего условию r₄ 0,375f' 0,7r₆ Для обеспечения высокого качества изображения в пределах поля изображения, необходимо исправить кривизну Петцваля, а также хроматические аберрации в диапазоне длин волн от 600 до 700 нм, что обеспечивается выбором марок стекол для отрицательных линз.

Необходимым условием работы объектива с ПЗС-приемником является равномерное распределение энергии в пятне рассеяния по всему полю изображения, что обеспечивается исправлением комы и дисторсии, при этом третий воздушный промежуток l₃ 0,08f', второй воздушный промежуток l₂ удовлетворяет условию l₂1,9l₁ 0,375f'. Достаточно хорошее исправление комы и дисторсии, вызывающих смещение центра пятна рассеяния, позволило достичь минимального смещения фазы, характеризуемого частотно-фазовой характеристикой ЧФХ, на всех частотах до N 20 мм^-1 в пределах поля изображения 0,9y_max', максимальное смещение фазы ЧФХ0,06π.

На фиг. 1 представлена оптическая схема малогабаритного проекционного объектива, фокусное расстояние которого f' 24 мм, выходная апертура sinu' 0,127, что соответствует относительному отверстию 1:3, линейное поле в пространстве предметов 2y 102 мм (2ω= 45^о); на фиг. 2-6 приведены графики аберраций; на фиг. 7-9 представлены графики коэффициентов передачи модуляции КПМ.

В таблице даны конструктивные параметры и марки стекол.

Малогабаритный проекционный объектив состоит из последовательно расположенных положительного мениска 1, выпуклостью обращенного к предмету, двояковогнутой линзы 2, двояковыпуклой линзы 3, отрицательного мениска 4, выпуклостью обращенного к изображению. Линзы 1 и 2 представляют собой один компонент.

Толщины линз d_i соответственно равны 0,15f', 0,042f', 0,14f', 0,092f', воздушные промежутки между линзами l_i равны соответственно 0,035f', 0,067f', 0,077f'.

Линзы 1 и 3 выполнены из стекла сверхтяжелый крон СТК9 с показателем преломления n_e 1,7460 и коэффициентом дисперсии ν_е 50.

Линзы 2 и 4 выполнены из стекла легкий флинт ЛФ9 с n_e 1,5837 и ν_е= 37,7.

Все поверхности линз просветлены ахроматическим покрытием (ОСТ 3-1901-85).

Из графиков аберраций и графиков функции передачи модуляции, изображенных на фиг. 2-9, следует, что объектив обладает достаточно высоким качеством изображения как в центре поля, так и в пределах поля изображения 0,9y_max'.

Поперечная сферическая аберрация не превышает 0,009 мм.

Коэффициент Т передачи модуляции КПМ в центре поля изображения для частоты N 10 мм^-1 равен 0,95 ( для безаберрационной системы на N 1- мм^-1 Т 0,97), для частоты N 20 мм^-1 Т 0,78.

Астигматизм в пределах поля изображения 0,9y_max' не превышает 0,08 мм, дисторсия в пределах этого поля изображения не превышает 0,16% Диаметр кружка рассеяния в пределах поля изображения 0,9y_max' не превышает 0,017 мм.

Значение коэффициента Т передачи модуляции в пределах поля изображения 0,9y_max' для частот N 10 мм^-1 и N 20 мм^-1 соответственно равно Т 0,88 и 0,65. Снижение значений коэффициента передачи модуляции из-за хроматических аберраций не наблюдается.

Вышеприведенный анализ графиков аберраций и графиков функции передачи модуляции подтверждает достижение цели.

Использование: изобретение относится к приборостроению, а именно к оптике, и может быть использовано в приборах с малым увеличением, например в сканерах, факсимильных устройствах. Сущность изобретения: в четырехлинзовом объективе первая линза положительный мениск, выпуклостью обращенный к предмету, вторая двояковогнутая, третья двояковыпуклая, четвертая отрицательный мениск, выпуклостью обращенный к плоскости изображения. При этом показатель преломления n_e и коэффициенты дисперсии Аббе ν_e удовлетворяют следующим условиям: для положительных линз n_e≥ 1,746 ν_e≅ 50 для отрицательных линз n_e≅ 1,58 ν_e≅ 37,7 9 ил. 1 табл.

МАЛОГАБАРИТНЫЙ ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ, содержащий четыре линзы, из которых первая положительная, вторая двояковогнутая из материала с показателем преломления n_e ≅ 1,58 и коэффициентом дисперсии ν_e≅ 37,7, третья - двояковыпуклая и четвертая отрицательная линза, отличающийся тем, что первая линза выполнена в виде мениска, выпуклостью обращенного к предмету, а четвертая линза в виде мениска, выпуклостью обращенного к плоскости изображения, из материала с показателем преломления n_e ≅ 1,58 и коэффициентом дисперсии ν_e≅ 37,7, при этом выполняются соотношения
r₄= 0,375 f′= - 0,7r₆;
l₂ 1,9l₁,
l₃ 0,08 f¹,
где r₄ второй радиус второй линзы;
r₆ второй радиус третьей линзы;
l₁-l₃ первый, соответственно второй и третий воздушные промежутки;
f′ фокусное расстояние объектива.