ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 1995 года по МПК G02B9/60 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к оптике, и может быть использовано в приборах с малым увеличением, например в сканерах, факсимильных устройствах.

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

Недостатком известного объектива является наличие виньетирования, которое вызывает неравномерность освещенности в плоскости изображения.

Известен репродукционный объектив [2] состоящий из трех компонентов, разделенных воздушными промежутками. Внешние компоненты образованы двумя склеенными линзами. Компонент, ближайший к плоскости изображения, состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска. Компонент, ближайший к предмету, состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Средний компонент представляет собой простую двояковогнутую линзу.

Недостатком данного объектива является недоисправленная сферическая аберрация, диаметр кружка рассеяния 0,04 мм в плоскости предмета и наличие виньетирования (до 20%), что недопустимо для данного класса систем.

Наиболее близким по техническому решению к данному устройству является светосильный проекционный объектив [3] содержащий пять линз, из которых первая, третья и пятая двояковыпуклые, вторая и четвертая двояковогнутые, при этом отношение абсолютных величин оптических сил второй и третьей линз равно 1,12, первая, третья и пятая линзы выполнены из стекла с показателями преломления более 1,7 и коэффициентом дисперсии более 50, а вторая и четвертая линзы из стекла с показателем преломления 1,52-1,68 и коэффициентом дисперсии 30-41.

Недостатком данного объектива является наличие виньетирования в пределах поля изображения, что не позволяет обеспечить высокую равномерность освещенности, которая требуется для данного класса систем.

Целью изобретения является создание проекционного объектива с высоким качеством изображения при отсутствии виньетирования в пределах поля изображения.

Цель достигается тем, что в проекционном объективе, содержащем пять линз, первая из которых положительная, вторая и четвертая двояковогнутые, третья и пятая двояковыпуклые, в отличие от прототипа, первая линза выполнены в виде мениска, обращенного выпуклостью к предмету, положительные линзы выполнены из стекла с показателем преломления 1,74 и коэффициентом дисперсии 50, а отрицательные линзы из стекла с показателем преломления n_e и коэффициентом дисперсии ν_е, удовлетворяющим условию
1,62 < n_e < 1,65
33,6 < ν_е < 34,3, при этом выполняются соотношения
r₅ 0,545f'
r₁₀ 0,72r₆ -0,5f', где r₅ первый радиус третьей линзы;
r₆ второй радиус третьей линзы;
r₁₀ второй радиус пятой линзы;
f' фокусное расстояние объектива.

Создание объектива с высоким качеством изображения при отсутствии виньетирования в пределах поля изображения является необходимым условием работы оптической системы с ПЗС-приемником, так как это повышает точность считывания информации и обеспечивает хорошую равномерность освещенности в пределах поля изображения. Это обеспечивается конструкцией объектива, взаимным расположением линз, отличающихся по знаку оптической силы.

Для обеспечения высокого качества в пределах поля изображения необходимо исправить кривизну Петцваля, а также хроматические аберрации в диапазоне длин волн от 500 до 700 нм, что обеспечивается выбором марок стекол как для положительных, так и для положительных, так и для отрицательных линз. Необходимым условием работы объектива с ПЗС-приемником является равномерное распределение энергии в пятне рассеяния, что обеспечивается исправлением комы и дисторсии. Для исправления комы и дисторсии необходимо выполнение следующих условий:
r₁₀ 0,72r₆ -0,5f';
r₅ 0,545f'.

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 70 мм^-1 в пределах поля изображения 0,9y_max' максимальное смещение фазы ЧФХ 0,15.

На фиг. 1 представлена оптическая схема проекционного объектива, работающего с ПЗС-приемником, фокусное расстояние которого f' 33,7 мм, линейное увеличение β= -0,129^х, выходная апертура sinu' 0,1, что соответствует относительному отверстию 1:4,5, линейное поле в пространстве предметов 2y 210 мм (2ω= 40^о); на фиг. 2-6 приведены графики аберраций; на фиг. 7-9 приведены графики коэффициента передачи модуляции КПМ.

В таблице даны конструктивные параметры и марки стекол.

Проекционный объектив состоит из последовательно расположенных положительного мениска 1, выпуклостью обращенного к плоскости предмета, двояковогнутой линзы 2, двояковыпуклой линзы 5.

Толщины линз d_i соответственно равны 0,116f', 0,033f', 0,111f', 0,039f', 0,154f', воздушные промежутки между линзами l_i равны соответственно 0,070f', 0,079f', 0,092f', 0,074f'.

Линзы 1, 3, 5 выполнены из стекла сверхтяжелый крон СТК 9, n_e 1,7460, ν_е 50. Линзы 2, 4 из стекла тяжелый флинт ТФ1, n_e 1,6522, ν_е= 33,62. 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 высоким качеством изображения как в центре поля, так и в пределах поля изображения 0,9y_max^'. Поперечная сферическая аберрация не превышает 0,0017 мм.

Коэффициент Т передачи модуляции в центре поля изображения для частот N 50 мм^-1 и N 70 мм^-1 соответственно равен 0,79 и 0,69 (для безаберрационной системы соответствующих частот Т 0,81, Т0,73).

Астигматизм в пределах поля изображения 0,9y_max' не превышает 0,05 мм.

Диаметр кружка рассеяния в пределах поля изображения 0,9y_max' не превышает 0,010 мм. Значение коэффициента Т передачи модуляции в пределах поля изображения 0,9ymax' для частот N 50 мм^-1 и 70 мм^-1 соответственно равно 0,72 и 0,60.

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 пятилинзовом объективе все линзы простые, первая линза положительный мениск, вторая и четвертая линзы отрицательные, третья и пятая положительные линзы, при этом положительные линзы выполнены из стекла n_e 1,74, ν_e 50, отрицательные 1,62 < n_e < 1,65; 33,6 < ν_e < 34,3. 9 ил. 1 табл.

ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ, содержащий пять одиночных линз, первая из которых положительная, вторая и четвертая двояковогнутые, третья и пятая - двояковыпуклые, отличающийся тем, что первая линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к предмету, положительные линзы выполнены из стекла с показателем преломления n_e 1,74 и коэффициентом дисперсии ν_e= 50, а отрицательные линзы из стекла с характеристиками, удовлетворяющими условию
1,62 < n_е < 1,65;
33,6 < ν_e< 34,3,
при этом выполняются соотношения
r₅= 0,545 f′;
r₁₀= 0,72r₆= - 0,5f′,
где r₅ первый радиус третьей линзы;
r₆ второй радиус третьей линзы;
r₁₀ второй радиус пятой линзы;
f′ фокусное расстояние объектива.