ОБЪЕКТИВ С ПЕРЕМЕННЫМ ФОКУСНЫМ РАССТОЯНИЕМ Российский патент 1998 года по МПК G02B15/16 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с переменным фокусным расстоянием.

Известен объектив с переменным фокусным расстоянием, содержащий три компонента, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, первый из которых - двухсклеенный, а второй - одиночный второй и третий, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, выполнены соответственно в виде отрицательной и двухсклеенной положительной линз [1]. Указанный объектив создает изображение недостаточно высокого качества, обладает недостаточным перепадом увеличения и недостаточным относительным отверстием.

Наиболее близким к заявляемому является объектив с переменным фокусным расстоянием, содержащий пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух одиночных положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, второй и третий компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси и выполнены соответственно в виде одиночных отрицательных и положительных линз, четвертый компонент - коллектив, установленный во внефокальной плоскости, пятый компонент - проекционная система, выполненная в виде одиночной положительной линзы и двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету [2]. Указанный объектив создает изображение недостаточно высокого качества, обладает недостаточным относительным отверстием.

Цель изобретения - повышение качества изображения и увеличение относительного отверстия.

Поставленная цель достигается тем, что в объектив с переменным фокусным расстоянием, содержащим пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, первый из которых одиночный, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси и выполненные соответственно в виде одиночных двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - коллектив, размещенный во внефокальной плоскости, пятый компонент - проекционная система, включающая двояковыпуклую линзу и первый и второй положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, введен установленный в проекционной системе вблизи плоскости изображению третий положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, второй мениск первого компонента выполнен склеенным из положительной и отрицательной линз, при этом выполнены соотношения:

где
D_5,max - максимальное расстояние от последней поверхности первого компонента до первой поверхности второго компонента, соответствующее максимальному фокусному расстоянию объектива;
R₁ - радиус выпуклой поверхности первого мениска первого компонента;
R₅ - радиус вогнутой поверхности второго мениска первого компонента;
R₁₄, R₁₆ - радиусы выпуклых поверхностей первого и второго мениска проекционной системы соответственно;
R₁₈, R₁₉ - радиусы вогнутой и выпуклой поверхностей третьего мениска проекционной системы соответственно.

На чертеже изображена оптическая схема объектива с переменным фокусным расстоянием.

Объектив с переменным фокусным расстоянием состоит из последовательно размещенных на оптической оси неподвижного компонента 1, подвижных компонентов 2 и 3 и неподвижных компонентов - коллектива 4 и проекционной системы 5.

Компонент 1 состоит из двух положительных менисков 6 и 7/8, обращенных выпуклостью к предмету, первый из которых - одиночный, а второй - склеенный из положительной линзы 7 и отрицательной линзы 8. Линза 7 изготовлена из стекла с малым показателем дисперсии, а линза 8 - из стекла с большим показателем дисперсии.

Компонент 2 выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, компонент 3 - в виде одиночной двояковогнутой линзы.

Коллектив 4 установлен со смещением относительно фокальной плоскости оптической системы, образуемой компонентами 1, 2 и 3, и выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы.

Проекционная система 5 состоит из четырех одиночных линз 9 - 12. Линза 9 - двояковыпуклая, линзы 10 и 11 - положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, линза 12 - положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению.

Конструктивные параметры объектива связаны следующими соотношениями

где
D_5,max - максимальное расстояние от последней поверхности первого компонента до первой поверхности второго компонента, соответствующее максимальному фокусному расстоянию объектива;
R₁ - радиус выпуклой поверхности первого мениска первого компонента;
R₅ - радиус вогнутой поверхности второго мениска первого компонента;
R₁₄, R₁₆ - радиусы выпуклых поверхностей первого и второго мениска проекционной системы соответственно;
R₁₈, R₁₉ - радиусы вогнутой и выпуклой поверхностей третьего мениска проекционной системы соответственно.

Выполнение указанных соотношений позволяют уменьшить сферическую аберрацию объектива и повысить качество изображения.

Ниже приведен пример конкретного выполнения объектива с переменными характеристиками согласно изобретению. В табл. 1 приведены конструктивные параметры объектива; в табл. 2 - переменные воздушные промежутки для восьми состояний объектива. В целях упрощения конструкции и снижения стоимости изготовления объектива поверхности 10, 12, 15, 17, слабо влияющие на качество изображения, выполнены плоскими. Апертурная диафрагма расположена на поверхности 12 и имеет диаметр 5,4 мм.

Объектив предназначен для получения коллимированного пучка от полупроводникового лазера и имеет следующие характеристики:
фокусное расстояние F = 0,58-66 мм,
относительное отверстие D/F = 1:1,6;
поле зрения 2ω = 12,4^o - 11';
среднеквадратичное отклонение волновой аберрации δW < 0,07;
перепад увеличения объектива M = 114.

Предложенная система позволяет создать объектив с улучшенным качеством изображения, большим перепадом увеличения и большим относительным отверстием.

Использование: в оптическом приборостроении. Объектив с переменным фокусным расстоянием содержит пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, первый из которых одиночный, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, выполнены соответственно в виде одиночных двояковогнутой, и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - коллектив, размещенный во внефокальной плоскости, пятый компонент - проекционная система, включающая двояковыпуклую линзу и первый и второй положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету. В объектив введен установленный в проекционной системе вблизи плоскости изображения третий положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, второй мениск первого компонента выполнен склеенным из положительной и отрицательной линз. Изобретение позволяет улучшить качество изображения, повысить перепад увеличения и относительное отверстие. 1 ил., 2 табл.

Объектив с переменным фокусным расстоянием, содержащий пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, первый из которых одиночный, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, выполнены соответственно в виде одиночных двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - коллектив, размещенный во внефокальной плоскости, пятый компонент - проекционная система, включающая двояковыпуклую линзу и первый и второй положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, отличающийся тем, что в него введен установленный в проекционной системе вблизи плоскости изображения третий положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, второй мениск первого компонента выполнен склеенным из положительной и отрицательной линз, при этом выполнены соотношения

где D_5,max - максимальное расстояние от последней поверхности первого компонента до первой поверхности второго компонента, соответствующее максимальному фокусному расстоянию объектива;
R₁ - радиус выпуклой поверхности первого мениска первого компонента;
R₅ - радиус вогнутой поверхности второго мениска первого компонента;
R₁₄, R₁₆ - радиусы выпуклых поверхностей первого и второго менисков проекционной системы соответственно;
R₁₈, R₁₉ - радиусы вогнутой и выпуклой поверхностей третьего мениска проекционной системы соответственно.