ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 2018 года по МПК G02B9/60 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических приборах, формирующих изображение при значительном выносе входного или выходного зрачка.

Известна оптическая система, описанная в заявке на изобретение RU №96111476/28, МПК G02B 25/00, опубл. 27.12.1997 г., содержащая семь последовательно расположенных вдоль оптической оси линз. Первой от плоскости входного зрачка расположена одиночная линза, выполненная в виде мениска, обращенного вогнутостью к входному зрачку, второй - положительная линза с асферической поверхностью, обращенной к плоскости выходного зрачка, третьей - линза, склеенная из отрицательной и положительной линз, четвертой - отрицательная линза, склеенная из положительной и отрицательной линз, и одиночной отрицательной линзы, расположенной за четвертой отрицательной склеенной линзой. Данная оптическая система проецирует плоскость предметов, расположенную в переднем фокусе, в бесконечность в пространстве изображений. Однако данная оптическая система имеет сложную конструкцию и недостаточную технологичность, так как содержит одну асферическую параболическую поверхность, а три линзы данной оптической системы выполнены из лантанового стекла группы сверхтяжелых кронов СТК19.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является оптическая система, описанная в патенте США №2549158, НКИ 88-57, фиг. 3, опубл. 17.04.1951 г. Данная оптическая система проецирует плоскость предметов, расположенную в переднем фокусе, в бесконечность в пространстве изображений. Она состоит из шести линз в четырех компонентах по ходу лучей: первого компонента - склеенной положительной линзы, включающей по ходу лучей положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, двояковогнутую линзу и двояковыпуклую линзу; второго компонента - двояковыпуклой линзы, у которой вторая поверхность более крутая, чем первая; третьего компонента - выпуклоплоской линзы, обращенной плоскостью к изображению, и четвертого компонента - положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению. Однако данная оптическая система, рассчитанная в обратном ходе лучей, пересчитанная на фокусное расстояние 146, 91 мм для длины волны 640 нм при относительном отверстии 1:10,06, угловом поле в пространстве изображений 2W=16° при выносе выходного зрачка на 59,1 мм, после последней оптической поверхности имеет недостаточное качество изображения. Так, в данной оптической системе при угловом поле 2W=16° обнаруживается значительная поперечная аберрация в меридиональном сечении - 0,046 мм, а также и значительный меридиональный астигматический отрезок, равный 1,1612 мм.

Задачей заявляемого изобретения является создание оптической системы с повышенным качеством изображения.

Технический результат - повышение качества изображения.

Это достигается тем, что в оптической системе, содержащей по ходу лучей четыре компонента, из которых в первый компонент включена трехсклеенная линза, второй и третий компоненты выполнены в виде положительных одиночных линз, четвертый компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, в отличие от известного, в первом компоненте перед трехсклеенной линзой расположена одиночная положительная линза, трехсклеенная линза выполнена отрицательной, первая по ходу лучей линза, входящая в трехсклеенную линзу, двояковогнутая, а вторая и третья линзы трехсклеенной линзы выполнены в виде положительных менисков, обращенных вогнутостями к изображению, второй и третий компоненты одинаковы по значениям радиусов оптических поверхностей, толщинам и маркам стекол, причем, выпуклыми сферическими оптическими поверхностями одинаковых по модулю радиусов кривизны второй и третий компоненты обращены друг к другу, а четвертый компонент выполнен отрицательным.

На чертеже представлена оптическая схема предложенной оптической системы.

Оптическая система содержит по ходу лучей четыре компонента, из которых в первый компонент включена трехсклеенная линза, перед которой расположена одиночная положительная линза 1, которая может быть выполнена выпуклоплоской, обращенной выпуклостью к предмету, трехсклеенная линза выполнена отрицательной, первая по ходу лучей линза 2, входящая в трехсклеенную линзу, двояковогнутая, а вторая линза 3 и третья линза 4 трехсклеенной линзы выполнены в виде положительных менисков, обращенных вогнутостями к изображению. Второй и третий компоненты выполнены в виде положительных одиночных линз 5 и 6, одинаковых по значениям радиусов оптических поверхностей, толщинам и маркам стекол, причем, выпуклыми сферическими оптическими поверхностями одинаковых по модулю радиусов кривизны линзы 5 и 6 обращены друг к другу, четвертый компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска 7, обращенного вогнутостью к изображению.

Предложенная оптическая система работает следующим образом. Световой поток от предмета, расположенного в передней фокальной плоскости, попадает в оптическую систему, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и образует изображение предмета в бесконечности. Выходной зрачок расположен после последней оптической поверхности на расстоянии 59,1 мм. Предложенная оптическая система может работать также и в качестве объектива, т.е. в обратном ходе лучей.

В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный вариант конструкции оптической системы с вынесенным выходным зрачком, исправленный в спектральном диапазоне от 600 до 660 нм, для основной длины волны 640 нм.

Конструктивные параметры предложенной оптической системы приведены в таблице 1.

Характеристики рассчитанной оптической системы:

фокусное расстояние 146,91 мм передний фокальный отрезок -44,08 мм относительное отверстие 1:10,06 угловое поле в пространстве изображений 16 град.

В таблице 2 приведены аберрации предложенной оптической системы для длины волны 640 нм в обратном ходе лучей, а также и ближайшего аналога в обратном ходе лучей, пересчитанного на фокусное расстояние 146,91 мм при выносе входного зрачка на 59,1 мм. Из таблицы 2 следует, что предложенная оптическая система имеет более высокое качество изображения, чем ближайший аналог.

Таким образом, обеспечено получение технического результата: создана оптическая система с повышенным качеством изображения.

Изобретение может быть использовано в оптических приборах, формирующих изображение при значительном выносе входного или выходного зрачка. Оптическая система содержит по ходу лучей четыре компонента. Первый компонент - одиночная положительная линза и отрицательная трехсклеенная линза, содержащая по ходу лучей первую двояковогнутую линзу, вторую и третью линзы в виде положительных менисков, обращенных вогнутостями к изображению. Второй и третий компоненты выполнены в виде положительных одиночных линз, одинаковых по значениям радиусов оптических поверхностей, толщинам и маркам стекол и обращенных друг к другу выпуклыми сферическими поверхностями одинаковых по модулю радиусов кривизны. Четвертый компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению. Технический результат - повышение качества изображения. 1 ил., 2 табл.

Оптическая система, содержащая по ходу лучей четыре компонента, из которых в первый компонент включена трехсклеенная линза, второй и третий компоненты выполнены в виде положительных одиночных линз, четвертый компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, отличающаяся тем, что в первом компоненте перед трехсклеенной линзой расположена одиночная положительная линза, трехсклеенная линза выполнена отрицательной, первая по ходу лучей линза, входящая в трехсклеенную линзу, двояковогнутая, а вторая и третья линзы трехсклеенной линзы выполнены в виде положительных менисков, обращенных вогнутостями к изображению, второй и третий компоненты одинаковы по значениям радиусов оптических поверхностей, толщинам и маркам стекол, причем, выпуклыми сферическими оптическими поверхностями одинаковых по модулю радиусов кривизны второй и третий компоненты обращены друг к другу, а четвертый компонент выполнен отрицательным.