ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2013 года по МПК G02B9/62 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к проекционным объективам, и может быть использовано, например, в устройствах переноса изображения формируемого на выходном окне рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОП) или другого электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу.

Известен проекционный объектив (патент ЕР 2149808, опубликован 03.02.2010), содержащий расположенные последовательно, по ходу оптического излучения от предмета к изображению первую группу линз, апертурную диафрагму и вторую группу линз, причем первая группа линз содержит три линзы, в том числе с асферической поверхностью, а вторая группа линз содержит пять линз, в том числе асферическую.

Этот объектив обладает следующими преимуществами: достаточной величиной относительного отверстия, значительной величиной поля зрения, малым снижением освещенности на краю поля зрения по отношению к освещенности в центре поля зрения, высоким качеством изображения. Однако он обладает недостаточной величиной размера изображения (у'=4,8 мм при требующемся у'т=11,5 мм). Для обеспечения необходимого размера изображения, было произведено масштабирование фокусного расстояния и конструктивных параметров аналога. В результате выяснилось, что при сохранении сути изобретения произошло увеличение габаритов объектива и ухудшение качественных показателей до величин, не позволяющих его использовать для требуемых условий. При рассмотрении возможности использования этого объектива для решения поставленной задачи отрицательным фактором явилось также наличие в нем двух асферических поверхностей высшего порядка, что в данном конкретном случае для мелкосерийного производства экономически нецелесообразно.

В качестве прототипа выбран объектив по патенту на изобретение US 6600610, опубликованному 29.07.2003, содержащий расположенные последовательно, по ходу оптического излучения от предмета к изображению первую группу линз, апертурную диафрагму и вторую группу линз, причем первая группа линз содержит две линзы, первая из которых выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, вторая выполнена в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету как вариант из органического материала с двумя асферическими радиусами, первая линза второй группы выполнена отрицательной, обращенной вогнутостью к предмету, как вариант из органического материала с двумя асферическими радиусами, вторая линза второй группы выполнена положительной, обращенной выпуклой стороной к изображению, а третья линза второй группы обращена вогнутостью к изображению.

Преимуществами этого объектива являются: большой размер изображения, малые габариты, высокое качество изображения при достаточном относительном отверстии, малое количество линз.

Недостатками этого объектива являются: низкое отношение освещенности на краю изображения по отношению к освещенности в центре изображения, величина отрицательной дисторсии, недостаточная для коррекции положительной дисторсии РЭОПа, работа объектива с бесконечно удаленным предметом, наличие как варианты одной или двух нетехнологичных линз, изготовленных из органического материала и с асферическими радиусами.

Техническим результатом заявляемого объектива является обеспечение работы объектива с предметами, расположенными на конечном расстоянии, повышение освещенности на краю поля изображения по отношению к центру, обеспечение величины и знака дисторсии, достаточной для коррекции дисторсии РЭОПа, выполнение всех радиусов линз, входящих в объектив, сферическими, использование в качестве материала линз оптического бесцветного стекла для обеспечения технологичности при единичном и мелкосерийном производстве.

Технический результат в проекционном объективе, содержащем расположенные последовательно, по ходу оптического излучения от предмета к изображению первую группу линз, апертурную диафрагму и вторую группу линз, причем первая группа линз содержит положительную линзу, обращенную выпуклостью к предмету, первая линза второй группы выполнена отрицательной, обращенной вогнутостью к предмету, вторая линза второй группы выполнена положительной, обращенной выпуклой стороной к изображению, а третья линза второй группы обращена вогнутостью к изображению, достигается тем, что линзы первой группы склеены между собой, и первая из них выполнена положительной по силе, первая линза второй группы выполнена склеенной из двух менисков, второй из которых - положительный, третья линза второй группы выполнена двояковогнутой и склеенной из двух, первая из которых - двояковогнутая, а вторая - положительный мениск, причем между второй и третьей линзой второй группы дополнительно введены две положительных линзы, первая из которых двояковыпуклая, вторая - мениск, обращенный вогнутостью к предмету, причем все радиусы линз объектива выполнены сферическими, а материал линз - оптическое бесцветное стекло.

Сущность изобретения и возможность его промышленного применения поясняется примером конкретного выполнения, который показаны на фиг.1-4. На фиг.1 показана принципиальная оптическая схема объектива, на фиг.2 - график ЧКХ (частотно-контрастной характеристики этого объектива), на фиг.3 - график относительной освещенности изображения в зависимости от размера предмета, на фиг.4 - график дисторсии изображения в зависимости от размера предмета.

Как показано на фиг.1 по ходу оптического излучения от предмета 11 к изображению 12 объектив содержит первую группу линз 1, 2, апертурную диафрагму 3 и вторую группу линз 4-10. Линзы 1 и 2 - положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету и склеенные между собой, линзы 4 и 5 выполнены в виде менисков и склеены между собой, причем линза 4 - отрицательная, обращенная вогнутостью к предмету, а линза 5 - положительная, линзы 6 - двояковыпуклая, последняя линза объектива - двояковогнутая по форме и склеена из линз 9 и 10, выполненных соответственно в виде двояковогнутой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, а между линзами 6 и 9-10 введены две положительные линзы: 7 - двояковыпуклая, 8 - мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

На фиг.2 представлен график частотно-контрастных характеристик заявляемого объектива для спектрального диапазона от 500 нм до 600 нм с основной длиной волны 575 нм, характеризующий величину коэффициента контраста (Т) в зависимости от пространственной частоты на изображении для трех полей зрения: центр, 0,64 максимального и максимальное, причем для 0,64 максимального и максимального поля зрения представлено по две кривых - для меридионального и сагиттального сечения. Вертикальная ось Т характеризует величину коэффициента контраста (модуляции), горизонтальная ось N, пар лин./мм, характеризует пространственную частоту на изображении в парах линий на мм. На графике изображены пять кривых, причем кривая 1 представляет центр поля зрения (размер предмета равен 0 мм), кривые 2S и 2Т представляют половину 0,64 поля зрения (размер предмета равен 8 мм), кривые 3S и 3Т представляют край поля зрения (размер предмета 12,5 мм), причем буква S относит кривые к сагиттальному сечению, а буква Т - к меридиональному сечению широких пучков лучей.

На фиг.3 представлен график, характеризующий объектив по параметру относительной освещенности изображения в зависимости от размера предмета. Вертикальная ось RI определяет величину относительной освещенности, горизонтальная ось определяет величину размера предмета Y в мм. Из графика видно, что при размере предмета Y, равном 12,5 мм, освещенность изображения составляет 0,91 от центра поля зрения (Y равен 0 мм), где относительная освещенность максимальна и составляет 1.

На фиг.4 представлен график дисторсии изображения в зависимости от размера предмета для варианта исполнения объектива по п.1 формулы изобретения. Вертикальная ось Y характеризует величину предмета в мм. Горизонтальная ось D характеризует величину дисторсии изображения в процентах. Из графика видно, что максимальная величина дисторсии изображения составляет 3% для края поля зрения 12,5 мм, что позволяет компенсировать положительную дисторсию РЭОПа.

Объектив работает следующим образом: оптическое излучение от предмета 10 последовательно проходит через линзу 1, апертурную диафрагму 3, диаметр которой определяет относительное отверстие объектива, линзы 4-10 и фокусируются в изображении 11. В качестве приемника изображения может быть применена ПЗС-матрица, фотопленка и т.п.

Удаление отрицательной линзы из первой группы линз до апертурной диафрагмы 3 и выполнение положительной линзы в виде склеенной из двух положительных менисков 1 и 2 с большой разницей коэффициента Аббе позволили, при условии уменьшения поля зрения, упростить перевод объектива в режим работы с конечного расстояния и улучшить коррекцию хроматических аберраций. Выполнение линз 4 и 5 склеенными позволило уменьшить сферохроматическую и сферическую аберрации, введение двух дополнительных положительных линз 7, 8 позволило уменьшить аберрации высших порядков. Выполнение последней линзы объектива двояковогнутой по форме и склеенной из линз 9 и 10 позволило улучшить коррекцию полевых аберраций и сохранить высокое качество изображения по всему полю зрения при одновременном улучшении освещенности изображения на краю поля зрения. Выполнение линз 9, 10 из стекол с большой разницей коэффициента Аббе и склеенными позволило уменьшить хроматизм увеличения. Полное отсутствие симметрии и пропорциональности относительно диафрагмы первой и второй групп линз по форме линз и их количеству позволило, даже при коэффициенте линейного увеличения объектива - 1, получить для края поля зрения остаточную дисторсию отрицательного знака величиной 3%. Вся совокупность, форма и последовательность расположения линз позволили исключить из объектива линзы из органического материала и с асферическими радиусами при обеспечении высокого качества изображения по всему полю зрения.

Благодаря заявляемой конструкции объектива достигнут новый технический результат: отсутствие линз из органического материала и с асферическими радиусами, входящих в объектив, повышена освещенность на краю поля изображения по отношению к центру (0,91), наличие отрицательной дисторсии изображения требуемой величины (-3%), обеспечено требуемое качество изображения при работе объектива с предметом, расположенным на конечном расстоянии.

Объектив содержит расположенные последовательно первую группу линз, апертурную диафрагму и вторую группу линз. Первая группа линз содержит два склеенных между собой положительных мениска, обращенных выпуклостью к предмету. Первая линза второй группы выполнена отрицательной, обращенной вогнутостью к предмету и склеенной из двух менисков, второй из которых - положительный. Вторая линза второй группы выполнена положительной, обращенной выпуклой стороной к изображению. Третья линза второй группы выполнена двояковогнутой и склеенной из двояковогнутой линзы и положительного мениска. Между второй и третьей линзами второй группы введены двояковыпуклая линза и положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Все радиусы линз выполнены сферическими, а материал линз - оптическое бесцветное стекло. Технический результат - обеспечение работы объектива с предметами, расположенными на конечном расстоянии, повышение освещенности на краю поля изображения, обеспечение величины и знака дисторсии, достаточной для коррекции дисторсии рентгеновского ЭОПа, повышение технологичности. 4 ил.

Проекционный объектив, содержащий расположенные последовательно по ходу оптического излучения от предмета к изображению первую группу линз, апертурную диафрагму и вторую группу линз, причем первая группа линз содержит два мениска, обращенных выпуклостью к предмету, второй из которых положительный по силе, первая линза второй группы выполнена отрицательной, обращенной вогнутостью к предмету, вторая линза второй группы выполнена положительной, обращенной выпуклой стороной к изображению, а третья линза второй группы обращена вогнутостью к изображению, отличающийся тем, что линзы первой группы склеены между собой, и первая из них выполнена положительной по силе, первая линза второй группы выполнена склеенной из двух менисков, второй из которых - положительный, третья линза второй группы выполнена двояковогнутой и склеенной из двух, первая из которых - двояковогнутая, а вторая - положительный мениск, причем между второй и третьей линзой второй группы дополнительно введены две положительные линзы, первая из которых двояковыпуклая, вторая - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, причем все радиусы линз объектива выполнены сферическими, а материал линз - оптическое бесцветное стекло.