ОБЪЕКТИВ С БОЛЬШИМ ОТНОСИТЕЛЬНЫМ ОТВЕРСТИЕМ Российский патент 1997 года по МПК G02B9/64 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к светосильным объективам со средними углами поля зрения, и может найти применение в разработке объективов для проекции изображения с экранов на приемники оптического излучения, в проекции изображения с элеткронно-лучевых трубок (ЭЛТ) на плоские экраны и других проекционных систем различного назначения.

Известен проекционный объектив "Р-Гелиос" [1] содержащий пять последовательно расположенных оптических компонентов и апертурную диафрагму (АД), расположенную между третьим и четвертым оптическим компонентом, причем первый из оптических компонентов двояковыпуклая линза, второй - положительная линза, третий мениск, обращенный вогнутостью к АД и выполненный склеенным из двух менисков, четвертый мениск, обращенный вогнутостью к АД, склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, а пятый компонент двояковыпуклая линза. Объектив обладает высоким качеством изображения, но при этом имеет недостаточную величину углового поля зрения, относительного отверстия и фокусного расстояния, а так же в схеме объектива отсутствуют оптические компоненты, позволяющие управлять светораспределением.

Известен проекционный объектив "Электрон-1" [2] содержащий восемь последовательно расположенных оптических компонентов и АД, расположенную между четвертым и пятым компонентами, причем первый из оптических компонентов - двояковыпуклая линза, склеенная из двух линз, второй двояковыпуклая линза, третий положительный мениск, обращенный вогнутостью к АД и выполненный склеенным из двух менисков, четвертый мениск, обращенный вогнутостью к АД, склеенный из двух менисков положительного и отрицательного, пятый и шестой - мениски, обращенные вогнутостью к АД, седьмой двояковыпуклая линза, а восьмой двояковогнутая линза. Объектив обладает высокой величиной относительного отверстия, достаточным качеством, однако имеет недостаточную величину углового поля зрения, фокусного расстояния, наряду с отсутствием в схеме объектива оптических компонентов, позволяющих управлять светораспределением.

В качестве прототипа выбран известный репродукционный объектив [3] содержащий два оптических компонента и АД между ними, при этом первый компонент состоит из последовательно расположенных положительной линзы, отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к диафрагме, положительной и отрицательной линз, а второй компонент из двояковыпуклой линзы, положительно мениска, обращенного вогнутостью к диафрагме, и положительной линзы. Объектив обладает достаточным качеством изображения, и при этом отрицательный мениск в первом оптическим компоненте объектива является схемным элементом, позволяющим управлять светораспределением. Однако данный объектив обладает недостаточной величиной углового поля зрения (2ω = 25 град.), фокусного расстояния (f/=60 мм) и низким относительным отверстием (D/f'=1/4).

В предлагаемом объективе с большим относительным отверстием решается задача увеличения поля зрения, повышения относительного отверстия объектива при одновременном увеличении фокусного расстояния, обеспечении высокого качества изображения и уменьшения падения освещенности на краю изображения.

Задача решается тем, что в объективе с большим относительным отверстием, содержащем два оптических компонента и расположенную между ними апертурную диафрагму, при этом первый компонент состоит из последовательно расположенных положительной линзы, отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к диафрагме, положительной и отрицательной линз, а второй компонент из двояковогнутой линзы, двояковыпуклой линзы, положительного мениска, обращенного вогнутостью к диафрагме, и положительной линзы, первая и четвертая линзы первого оптического компонента выполнены в виде менисков, обращенных вогнутостью к диафрагме, третья двояковыпуклая, а за вторым компонентом введен третий оптический компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к диафрагме.

Выполнение первой и четвертой линзы первого оптического компонента в виде менисков, обращенных вогнутостью к диафрагме позволяет уменьшить астигматизм при повышении углового поля зрения, выполнение третьей линзы первого оптического компонента двояковыпуклой позволяет управлять соотношением аберраций высших порядков широких наклонных пучков лучей и точки на оси, а введение за вторым оптическим компонентом третьего оптического компонента, выполненного в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к диафрагме, позволяет устранить остаточную кривизну изображения, а наличие в первом оптическом компоненте второй линзы, выполненной в виде отрицательного мениска, позволяет управлять светораспределением.

Совокупность всех введенных признаков позволяет решить задачу увеличения углового поля зрения, повышения относительного отверстия объектива при одновременном увеличении фокусного расстояния, обеспечении высокого качества изображения и уменьшении падения освещенность на краю изображения.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана оптическая система объектива, на фиг. 2 графики ЧКХ (частотно-контрастной характеристики) объектива.

Объектив с большим относительным отверстием содержит первый оптический компонент 1, 2, 3, 4, второй оптический компонент 5, 6, 7,8, третий оптический компонент 9 и расположенную между ними апертурную диафрагму АД, при этом первый оптический компонент состоит из последовательно расположенных положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к АД, отрицательного мениска 2, обращенного вогнутостью к диафрагме, положительной двояковыпуклой линзы 3 и отрицательного мениска 4, второй компонент из последовательно расположенных двояковогнутой линзы 5, двояковыпуклой линзы 6, положительного мениска 7, обращенного вогнутостью к диафрагме, и двояковыпуклой линзе 8, а третий оптический компонент содержит отрицательный мениск 9, обращенный вогнутостью к диафрагме.

Объектив работает следующим образом: световой поток от экрана Э последовательно проходит три оптических компонента, выполненных из линз 1-9, а апертурную диафрагму (АД), обеспечивающую управление величиной светового потока, проходящего через объектив, проходит систему охлаждения (И) и создает на приемнике изображения, например, электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) уменьшенное изображение экрана.

Примером конкретной реализации является объектив, имеющий следующие технические характеристики: фокусное расстояние f'=145 мм, линейное увеличение β = -0,083^x, размер предмета 2y=1200мм, размер изображения 2y'=100 мм, угловое поле зрения 2ω = 34 град., положение предмета S= -1700 мм, апертура в пространстве предметов σ = 0,0323, апертура в пространстве изображений σ′ = 0,38, что соответствует относительному отверстию объектива 1/1.2, рабочий спектральный диапазон 0,486-0,589 мкм, основная длина волны λ₀= 0,520 мкм, апертурная диафрагма находится после четвертой линзы на расстоянии 18,72 мм, плоскость установки смещена на -0,2 мм относительно плоскости Гаусса, падение освещенности от центра изображения к краю не превышает 25% Конструктивные данные объектива с большим относительным отверстием, предлагаемого в качестве примера конкретной реализации сведены в таблицу, а качество создаваемого им изображения поясняется изображенными на фиг. 2 графиками ЧКХ для трех точек предмета: y= 0 мм, y= -168 мм, y= -660 мм.

Использование: изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее - к светосильным объективам со средними углами поля зрения, и может найти применение в разработке объективов для проекции изображения с экранов на приемники оптического излучения, в проекции изображения с электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) на плоские экраны и других проекционных систем различного назначения. Сущность изобретения: объектив содержит три оптических компонента и апертурную диафрагму АД. Первый компонент состоит из положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к АД, отрицательного мениска 2, обращенного вогнутостью к диафрагме, положительной двояковыпуклой линзы 3 и отрицательного мениска 4. Второй компонент - из двояковогнутой линзы 5, двояковыпуклой линзы 6, положительного мениска 7, обращенного вогнутостью к диафрагме, и двояковыпуклой линзы 8. Третий компонент содержит отрицательный мениск 9, обращенный вогнутостью к диафрагме. 1 табл. 2 ил.

Объектив с большим относительным отверстием, содержащий два оптических компонента и расположенную между ними апертурную диафрагму, при этом первый компонент состоит из последовательно расположенных положительной линзы, отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к диафрагме, положительной и отрицательной линз, а второй компонент из двояковогнутой линзы, двояковыпуклой линзы, положительного мениска, обращенного вогнутостью к диафрагме, и положительной линзы, отличающийся тем, что первая и четвертая линзы первого оптического компонента выполнены в виде менисков, обращенных вогнутостью к диафрагме, третья двояковыпуклой, а за вторым компонентом введен третий оптический компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к диафрагме.