ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 1997 года по МПК G02B9/62 G02B13/12 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в проекционных контрольно-измерительных приборах и других оптических системах.

Известен объектив с увеличением -50^x, который содержит две группы линз, причем первая группа состоит из трех простых и одной склеенной линз, а вторая из трех простых линз [1]
Недостатком этого объектива является то, что апертурная диафрагма расположена внутри второй группы линз, а также то, что расстояние между первой и второй группами линз небольшое, что делает невозможным реализацию по данной оптической схеме объектива другого увеличения. Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа, является объектив [2] содержащий две группы линз, первая группа состоит из пяти линз, из которых первая, третья и четвертая линзы выполнены склеенными, первая и вторая линзы имеют положительную оптическую силу, а вторая группа содержит склеенную линзу, имеющую отрицательную оптическую силу.

Реализованный по этой схеме объектив имеет увеличение -200^x, фокусное расстояние 11 мм, числовую апертуру 0,3 и рабочий отрезок 15,4 мм. Апертурная диафрагма расположена на поверхности пятой линзы.

К существенным недостаткам данного объектива относится то, что выполнение линз первой группы не позволяет получить сравнительно большой рабочий отрезок, что влечет за собой неудобство при работе с объективом, а также то, что распределение оптических сил между первой и второй группами линз приводит к малому воздушному промежутку между группами, что затрудняет установку дополнительных конструктивных элементов для реализации подсветки объекта в отраженном свете, и, кроме того, по данной оптической схеме возможно реализовать объектив только одного увеличения.

Задачей изобретения является разработка универсальной конструкции проекционного объектива для нескольких типов увеличения технологического в изготовлении и удобного в эксплуатации, у которого апертурная диафрагма расположена на одном уровне от плоскости предмета /не зависимо от увеличения/, и при этом сохраняется большой рабочий отрезок и большая апертура.

Поставленная задача решается тем, что в проекционном объективе, содержащем две группы линз, первая группа состоит из пяти линз, из которых первая, третья и четвертая выполнены склеенными, при этом первая и вторая линзы имеют положительную оптическую силу, вторая группа содержит склеенную линзу, имеющую отрицательную оптическую силу, первая и вторая линзы составляют первый компонент, а третья и четвертая второй компонент, при этом первый и второй компоненты образуют проекционную систему с увеличением близким к -1^x, причем вторая и пятая линзы выполнены склеенными, и кроме того третья и четвертая линзы имеют положительную оптическую силу, а пятая линза отрицательную оптическую силу.

На основании предложенной конструкции построены оптические схемы проекционных объективов с увеличениями -200^x, -100^x, -50^x.

На фиг. 1 представлена оптическая схема проекционного объектива с увеличением -200^x.

На фиг. 2 представлена оптическая схема проекционного объектива с увеличением -100^x.

На фиг. 3 представлена оптическая схема проекционного объектива с увеличением -50^x.

На фиг. 4, 5, 6 представлены конструктивные параметры проекционных объективов, с увеличениями -200^x, -100^x, -50^x соответственно.

На фиг. 7, 8, 9 представлены графики полихроматических ЧКХ в плоскости предмета проекционных объективов с увеличениями -200^x, -100^x, -50^x соответственно.

Оптическая схема объектива с увеличением -200^x/фиг. 1/ содержит две группы линз А и Б. Линзы 1, 2, 3, 4, 5, образующие группу А, и линза 6, образующая группу Б, расположены вдоль оптической оси, при этом группы А и Б расположены на значительном расстоянии друг от друга. Апертурная диафрагма расположена между первой и второй группами линз, вблизи линзы 5. Положительная линза 1, склеенная из двояковогнутой им двояковыпуклой линз, и положительная линза 2, склеенная из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к линзе 1, образуют компонент I. Положительные линзы 3, 4, расположенные на незначительном расстоянии от I-го компонента, и склеенные из одинаковых отрицательных менисков, обращенных выпуклостью к первому компоненту, и двояковыпуклых линз, образуют компонент II. Компонент I и компонент II образуют проекционную систему с увеличением близким к -1^x. Отрицательная линза 5 склеена из положительного мениска, обращенного вогнутостью ко II-му компоненту, и двояковогнутой линзы. Отрицательная линза 63 склеена из двояковогнутой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью ко второму компоненту.

Представлены на фиг. 2, 3 оптические схемы объективов с увеличениями -100^x, -50^x отличаются от описанной выше схемы выполнением компонента I, а также линз 5 и 6.

Проекционный объектив /фиг. 2/ содержит положительные линзы 1 и 2, склеенные из двояковыпуклых линз и отрицательных менисков, обращенных вогнутостью друг к другу, отрицательную линзу 5, склеенную из положительного мениска, обращенного вогнутостью ко II компоненту, и двояковогнутой линзы, отрицательную линзу 6, склеенную из двояковогнутой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью ко II компоненту.

В проекционном объективе на фиг. 3 компонент I состоит из положительных линз 1 и 2, склеенных из двояковыпуклых линз и отрицательных менисков, обращенных выпуклостью ко II компоненту. Отрицательная линза 5 склеена из отрицательного и положительного менисков, обращенных выпуклостью ко второму компоненту. Отрицательная линза 6 склеена из двояковогнутой и двояковыпуклой линз.

Пучок лучей от объектива падает на линзу 1, и последовательно преломляясь линзами 1-4, строит изображение в промежуточной плоскости с увеличением приблизительно равным -1^x (в приведенных примерах от -0,9^x до -1,8^x)). Причем, имея положительные оптические силы, эти линзы формируют сходящийся пучок лучей. Склеенная линза 5, имеющая отрицательную оптическую силу и расположенная вблизи компонента II переносит полученное изображение с некоторым дальнейшим увеличением и выполняет роль компенсатора аберраций проекционной системы из компонентов I и II, в результате чего группа линз "А" получается исправленной в отношении аберраций для точки на оси и широких наклонных пучков.

Изображение объекта, построенного группой линз А, переносится на экран с необходимым увеличением линзой 6. При этом линза 6 рассчитывается на устранение аберраций по полю и дисторсии изображения.

Качество полученного зображения объекта подтверждается графиками, приведенными на фиг. 7, 8, 9, и величиной дисторсии равной 0,02-0,06%
По конструктивным параметрам, представленным на фиг. 4, 5, 6, рассчитаны проекционные объективы с рабочего отрезка равного 47,1 мм для области спектра /0,486 0,656/ мкм со следующими оптическими характеристиками:
1/. Увеличение -200^x;
фокусное расстояние 6,05 мм;
линейное поле в пространстве предметов 1,5 мм;
числовая апертура в пространстве предметов 0,25;
разрешающая способность в пространстве предметов 630 лин/мм.

2/. Увеличение -100^x:
фокусное расстояние 12,97 мм;
линейное поле в пространстве предметов 3 мм;
числовая апертура в пространстве предметов 0,2;
разрешающая способность в пространстве предметов 430 лин/мм.

3/ Увеличение -50^x;
фокусное расстояние 2,5 мм;
линейное поле в пространстве предметов 6 мм;
числовая апертура в пространстве предметов 0,15;
разрешающая способность в пространстве предметов 320 лин/мм.

Предлагаемая серия проекционных объективов по сравнению с существующими техническими решениями позволяет:
принципиально по новому решать конструкцию проекционных приборов
использовать один осветитель для подсветки объекта в отраженном свете за счет расположения апертурной диафрагмы на одном уровне от плоскости предметов для объективов нескольких увеличений;
обеспечить удобство при работе, за счет наличия большого рабочего отрезка;
улучшить метрологические характеристики за счет реализации большой апертуры, которая увеличивает освещенность изображения и повышает предел разрешения объективов;
упростить технологию изготовления серии увеличений за счет унификации конструктивных параметров линз II-го компонента.

Использование: изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в проекционных контрольно-измерительных приборах и других оптических системах. Сущность изобретения: проекционный объектив содержит две группы линз; первая группа состоит из пяти линз, из которых первая, третья и четвертая линзы выполнены склеенными, при этом первая и вторая линзы имеют положительную оптическую силу, вторая группа содержит склеенную линзу, имеющую отрицательную оптическую силу. Первая и вторая линзы составляют первый компонент, а третья и четвертая - второй компонент. Первый и второй компоненты образуют проекционную систему с увеличением близким к - 1^x. Вторая и пятая линзы выполнены склеенными, и кроме того третья и четвертая линзы имеют положительную оптическую силу, а пятая линза - отрицательную оптическую силу. 9 ил.

Проекционный объектив, содержащий два компонента, первый из которых состоит из пяти линз, а второй из одной отрицательной линзы, склеенной из отрицательной и положительной линз, при этом первая линза первого компонента - двусклеенная положительная, вторая положительная, а третья и четвертая - двусклеенные, отличающийся тем, что в первом компоненте вторая линза выполнена склеенной из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, третья и четвертая линзы выполнены положительными и склеены из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, пятая линза отрицательная двусклеенная, при этом первые линзы образуют проекционную систему с увеличением от 0,9^х до - 1,8^х.