ОБЪЕКТИВ Российский патент 2005 года по МПК G02B9/34 G02B13/18 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к линзовым объективам, и может быть применено в различных оптических и оптико-электронных приборах, в том числе и в качестве проекционного объектива.

Известен объектив, включающий три оптических компонента: первый, находящийся со стороны изображения, включает элемент небольшой оптической силы, служащий для исправления апертурных аберраций, второй, представляющий собой двояковыпуклую положительную линзу, и третий, отрицательный, имеющий вогнутую поверхность со стороны изображения, US 4300817.

Данный объектив не обеспечивает исправления хроматических аберраций, что обусловливает низкое качество изображения.

Известен объектив, содержащий два компонента, первый из которых положительный, состоящий из двояковыпуклой и отрицательной линз, а второй - отрицательный, выполненный в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению; на одну из оптических поверхностей линз первого компонента нанесен голограммный оптический элемент оптической силой 0,01-0,1 оптической силы объектива, при этом характеристическое уравнение голограммного оптического элемента имеет вид

V_н=A₁у²+А₂у⁴+А₃у⁶

где А₁, А₂, А₃ - коэффициенты;

у - высота на поверхности голограммного оптического элемента, причем коэффициент А₁ пропорционален оптической силе голограммного оптического элемента, а коэффициенты А₂ и А₃ пропорциональны сферической аберрации положительного и отрицательного компонентов объектива, SU 1151905 А.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Оно позволяет повысить качество изображения за счет исправления вторичного спектра, а также в определенной мере улучшить коррекцию хроматических аберраций.

Однако, поскольку первым элементом первого компонента объектива является двояковыпуклая линза, степень коррекции аберраций по диаметру зрачка оптической системы существенно ограничена, что, соответственно, ограничивает возможность увеличения светосилы объектива; кроме того, поскольку второй компонент объектива, выполненный в виде мениска, обращен вогнутостью к изображению, значительно сужается поле зрения объектива, что не позволяет вследствие его кривизны использовать данный объектив в компактных оптических приборах.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи улучшения коррекции аберраций и, соответственно, повышения качества изображения, увеличения поля зрения объектива и его светосилы. Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в объективе, содержащем положительный компонент, расположенный со стороны предмета, включающий две линзы, одна из которых двояковыпуклая, и отрицательный компонент, расположенный со стороны изображения, выполненный в виде мениска, причем на одну из оптических поверхностей линз положительного компонента нанесен голограммный оптический элемент оптической силой 0,01-0,1 оптической силы объектива, отрицательный компонент со стороны изображения обращен к нему выпуклостью, имеет оптическую силу 0,15-0,3 общей оптической силы объектива, двояковыпуклая линза положительного компонента имеет оптическую силу 0,3-0,5 общей оптической силы объектива, другая линза положительного компонента выполнена положительной, имеет оптическую силу 0,15-0,25 общей оптической силы объектива, размещена между предметом и двояковыпуклой линзой положительного компонента на расстоянии от нее, равном 0,15-0,25 общего фокусного расстояния объектива, и имеет форму обращенного выпуклостью к предмету мениска, при этом объектив снабжен дополнительным компонентом в виде асимметричной двояковыпуклой линзы, с оптической силой 0,5-0,8 общей оптической силы объектива, размещенной между отрицательным и положительным компонентами на расстоянии 0,3-0,6 общего фокусного расстояния объектива от отрицательного компонента и обращенной к предмету стороной с меньшим радиусом кривизны; оптические поверхности, по меньшей мере, одной из линз выполнены асферическими.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Поскольку положительный компонент состоит из положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету и имеющего оптическую силу 0,15-0,25 оптической силы всего объектива, а последующая двояковыпуклая линза расположена на расстоянии 0,15-0,25 от мениска и имеет оптическую силу 0,3-0,5 оптической силы всего объектива, это позволяет существенно увеличить физический размер объектива и повысить его светосилу; следующая положительная линза, имеющая оптическую силу 0,5-0,8 оптической силы всего объектива, работает в более благоприятных условиях и осуществляет фокусировку изображения, что позволяет эффективно исправить сферическую аберрацию; расположение отрицательного мениска оптической силы 0,15-0,3 на расстоянии 0,3-0,6 общего фокусного расстояния объектива от двояковыпуклой положительной линзы, а также то обстоятельство, что он обращен вогнутостью к предмету, позволяют исправить кривизну поля изображения.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - оптическая схема объектива;

на фиг.2 - схема, поясняющая работу объектива в проекционном режиме.

В конкретном примере объектив содержит положительный компонент, включающий две линзы: двояковыпуклую линзу 1 с оптической силой 0,41 оптической силы объектива, выполненную, в частности, из акрила, и положительную линзу 2 с оптической силой 0,19 в форме мениска, выполненного из полистерена; линза 2 размещена между предметом 3 и линзой 1 на расстоянии от нее, равном 0,23 общего фокусного расстояния объектива. Отрицательный компонент расположен со стороны изображения 4 и выполнен в виде мениска 5, обращенного к изображению 4 выпуклостью. Мениск 5 имеет оптическую силу 0,18 общей оптической силы объектива и выполнен в конкретном примере из полистерена. На одну из оптических поверхностей линз положительного компонента, в конкретном примере на обращенную к предмету 3 поверхность линзы 1, нанесен голограммный оптический элемент 6 оптической силой 0,02 оптической силы объектива, при этом характеристическое уравнение голограммного оптического элемента имеет вид

V_н=A₁у²+A₂у⁴+A₃у⁶

где А₁, А₂, А₃ - коэффициенты; V_н - изменение оптического пути, вносимое на высоте у, при этом у - высота на поверхности голограммного оптического элемента, причем коэффициент А₁ пропорционален оптической силе голограммного оптического элемента, а коэффициенты А₂ и А₃ пропорциональны сферической аберрации положительного и отрицательного компонентов объектива. В частности, A₁=1,5·10^-4, A₂=2,0·10^-7, A₃=5·10^-8.

Объектив снабжен дополнительным компонентом 7 в виде асимметричной двояковыпуклой линзы оптической силой 0,72, выполненной из акрила и размещенной между отрицательным и положительным компонентами и обращенной к предмету стороной с меньшим радиусом кривизны; оптические поверхности, по меньшей мере, одной из линз выполнены асферическими, что позволяет осуществлять коррекцию аберраций высших порядков.

Заявленный объектив может также использоваться в качестве проекционного (фиг.2). В этом случае мениск 5 с помощью содержащего охлаждающую жидкость элемента 8 сопрягается с источником оптического сигнала, в конкретном примере - электронно-лучевой трубкой 9. При этом происходит обратный процесс, то есть изображение 4 с лучевой трубки через объектив проецируется на предмет (экран).

Для изготовления объектива используется известное оборудование и распространенные конструкторские материалы, что обусловливает соответствие изобретения критерию «промышленная применимость».

Объектив содержит положительный компонент, расположенный со стороны предмета и включающий две линзы, одна из которых двояковыпуклая, и отрицательный компонент, расположенный со стороны изображения и выполненный в виде мениска. Двояковыпуклая линза положительного компонента имеет оптическую силу 0,3-0,5 общей оптической силы объектива, а его другая линза выполнена в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, имеет оптическую силу 0,15-0,25 оптической силы объектива, размещена между предметом и двояковыпуклой линзой на расстоянии от нее, равном 0,15-0,25 фокусного расстояния объектива. На одну из оптических поверхностей линз положительного компонента нанесен голограммный оптический элемент с оптической силой 0,01-0,1 оптической силы объектива. Отрицательный компонент обращен выпуклостью к изображению и имеет оптическую силу 0,15-0,3 оптической силы объектива. Объектив снабжен дополнительным компонентом в виде асимметричной двояковыпуклой линзы с оптической силой 0,5-0,8 оптической силы объектива, размещенной между отрицательным и положительным компонентами на расстоянии 0,3-0,6 фокусного расстояния объектива от отрицательного компонента и обращенной к предмету стороной с меньшим радиусом кривизны. Обеспечивается улучшение коррекции аберраций и, соответственно, повышение качества изображения, увеличено поле зрения объектива и его светосила. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Объектив, содержащий положительный компонент, расположенный со стороны предмета, включающий две линзы, одна из которых двояковыпуклая, и отрицательный компонент, расположенный со стороны изображения, выполненный в виде мениска, причем на одну из оптических поверхностей линз положительного компонента нанесен голограммный оптический элемент оптической силой 0,01-0,1 оптической силы объектива, отличающийся тем, что отрицательный компонент со стороны изображения обращен к нему выпуклостью, имеет оптическую силу 0,15-0,3 общей оптической силы объектива, двояковыпуклая линза положительного компонента имеет оптическую силу 0,3-0,5 общей оптической силы объектива, другая линза положительного компонента выполнена положительной, имеет оптическую силу 0,15-0,25 общей оптической силы объектива, размещена между предметом и двояковыпуклой линзой положительного компонента на расстоянии от нее, равном 0,15-0,25 общего фокусного расстояния объектива, и имеет форму обращенного выпуклостью к предмету мениска, при этом объектив снабжен дополнительным компонентом в виде асимметричной двояковыпуклой линзы с оптической силой 0,5-0,8 общей оптической силы объектива, размещенной между отрицательным и положительным компонентами на расстоянии 0,3-0,6 общего фокусного расстояния объектива от отрицательного компонента и обращенной к предмету стороной с меньшим радиусом кривизны.2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что оптические поверхности по меньшей мере одной из линз выполнены асферическими.