Широкоугольный телецентрический проекционный объектив с призмой Советский патент 1993 года по МПК G02B13/22 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, и в частности к проекционным объективам, и может быть использовано в системах квантоскопов, а также в системах с носителями информации на жидких кристаллах. В системах последнего типа жидкий кристалл должен возбуждаться световым потоком с малой угловой расходимостью, заводимым в систему проекционного объектива с помощью светоделительной призмы с интерференционным светодели- тельным покрытием. Указанные системы могут использоваться для проекции отдельных монохромных (одноцветных) изображений и последующего смещения их на общем экране с целью получения многоцветного изображения, аналогичного изображению на экране цветного телевизора. В отличие

от последнего размеры проекционного экрана могут существенно превышать размеры телевизионного экрана и достигать, например, 4 х 4 м.

Известны проекционные объективы 1, 2 с телецентрическим ходом главных лучей. К существенному недостатку их можно отнести недостаточное удаление плоскости изображения от последней поверхности объектива и, как следствие, отсутствие возможности установки призмы с длиной хода лучей в стекле, соизмеримой со световым диаметром линз предшествующих компонентов. Разрешающая способность их для края поля ниже 50 лин/мм при коэффициенте передачи модуляции (КПМ) частотной характеристики на уровне 0,2, что недостаточно для реализации разрешающей споXI

ю

ю

собности самих носителей в 1800-2000 оптических строк.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является проекционная система 2, содержащая шесть линзовых элементов, Ее конструкция предусматривает установку призмы и пластины. Первый и третий элементы представляют собой отрицательные линзы-мениски, при этом выпуклая поверхность первого обращена к предмету, а третьего - к изобретению. Второй и четвертый - положительные мениски, при этом выпуклая поверхность второго обращена к предмету, а четвертого - к изображению. Первый и второй линзовые элементы склеены, образуют линзовый дублет и выполняются из оптических материалов с показателями преломления соответственно ш 1,6 и па 1,7 и коэффициентами дисперсии v 65 и Иг 31,2. Между передним линзовым дуплетом и третьим линзовым элементом установлена апертуриая диафрагма. Четвертый линзовый элемент расположен около третьего и отделен от него воздушным зазором. Радиусы фивизны третьего и четвертого элементов обратны радиусам кривизны элементов переднего дуплета. Пятый линзовый элемент представляет собой двояковыпуклую линзу, расположенную на небольшом расстоянии от четвертого элемента. Шестой линзовый элемент выполнен а виде двояковыпуклой линзы. Поверхности вводимой призмы и пластины плоские.

К недостаткам системы следует отнести следующее.

Удаление плоскости изображения от последней поверхности линзовой группы не превышает с учетом стекла 2,3 фокусных расстояний.

При угловом поле уже порядка 60° астигматизм превышает 1,5 мм (например, при работе объектива с увеличением V 1

66х

диапозитивом 30x30 мм, при смещении его с оси на 7,6 мм), что приводит к увеличению кружка рассеяния до 0,2 мм и разрешению на уровне 5 лин/мм в плоскости диапозитива.

Большую долю общего кружка рассеяния составляет сферическая аберрация и кома.

Целью изобретения является увеличение удаления плоскости изображения от последней линзовой группы объектива (до уровня 2,9 фокусных расстояний), увеличение углового поля (до уровня 70°) при одновременном повышении качества за счет уменьшения астигматизма (до уровня

0,1 мм), кривизны, сферической аберрации и хроматизма увеличения.

Цель достигается тем, что в дуплете известной системы положительный мениск установлен перед отрицательной линзой, выполненной в виде двояковогнутой линзы, радиус кривизны второй поверхности которой меньше радиуса кривизны первой поверхности, третья и четвертая линзы

0 выполнены в виде двояковыпуклых линз, а пятая линза выполнена в виде отрицательного мениска, причем четвертая и пятая линзы склеены между собой во второй дуплет, показатель преломления первой линзы

5 больше 1,8, а коэффициент дисперсии не превышает 25,2, показатель преломления второй линзы не превышает 1,48, а коэффициент дисперсии больше 80, поверхность призмы, обращенная к шестой линзе, вы0 полнена сферической и обращена вогнутостью к пространству предметов.

На фиг. 1 в обратном ходе светового потока изображена оптическая схема объектива с призмой, содержащая шесть линзо5 вых элементов 1-6, светоделительную призму 7 для подвода к носителю излучения с малой угловой расходимостью (±5)°, светофильтр 8 и защитное стекло 9 носителя. Первый элемент 1 объектива представляет

0 собой положительный мениск, склеенный в дуплете вторым элементом 2, выполненным в виде двояковогнутой линзы, радиус кривизны второй поверхности (гз 41,98) которой меньше радиуса кривизны (гз

5 -250,6) первой поверхности. Третий 3, четвертый 4 и шестой 6 элементы - двояковыпуклые линзы. Пятый 5 элемент выполнен в виде отрицательного мениска, при этом вместе с четвертой линзой он составляет

0 второй склеенный дуплет. Призма 7 выполнена в виде светоделительного блока с первой сферической поверхностью, обращенной вогнутостью к предмету.

В таблице приведены конструктивные

5 параметры объектива с призмой. Его общее фокусное расстояние равно тоб 40,82 мм. Удаление плоскости изображения от последней поверхности линзы 6 с учетом стекI 15

0 ла равно У d 121,6 мм, где d - толщина

i 0

стекла и воздушных промежутков: I - порядковый номер толщин. Оно составляет 2,98 fo6 . В столбцах 3 и 4 таблицы приведе- 5 ны параметры пе и ve оптических материалов.

На фиг. 2 в таблице приведены остаточные аберрации объектива при работе его в спектральном диапазоне 520-560 нм с проекционным расстоянием 2613,9 мм, увеличением 166

и экраном, вписываемым в круг

диаметром 3905 мм. Угловое поле составляет 72°34 . Относительное отверстие 1:5,8. Из таблицы Точка на оси видно, что продольная сферическая аберрация AS не превышает 0,07 мм, отступление от условия изопланазии г -0,03%, хроматизм положения (SXz - SAiO практически отсутствует.

Из таблицы Главных лучей видно, что астигматизм не превышает -0,1 мм, хроматизм увеличения (pfa - рК ) практически отсутствует. На этой же фигуре приведены графики аберраций широкого пучка для точки на оси и для двух точек поля.

. На фиг. 3 в таблице приведены результаты расчета полихроматической ЧКХ

0

5

объектива для трех точек поля (У О, YI - -1380,6 мм и Vi -1952.5 мм) с учетом светофильтра, который формирует различные уровни актиничного потока по спектру. Из этих данных видно, что объектив разрешает не менее 120 лин/мм с коэффициентом передачи модуляции Т на уровне 0.5 в центре и не менее 60 лин/мм с коэффициентом .передачи модуляции Т на уровне 0,3 для крайней точки поля.

Указанные преимущества позволяют использовать объектив в качестве высококачественного проекционного объектива в системах отображения информации с носителей на жидких кристаллах на большие экраны.: ;

Использование: в оптическом приборостроении. Сущность изобретения заключается в том, что объектив содержит, шесть линзовых элементов 1 -6 и призму 7. Первый компонент представляет собой дублет, склеенный из положительного мениска 1 с вогнутой поверхностью, обращенной к предмету и выполненной из материала с показателем преломления пе 1.8 и ve 25,2, и двояковогнутой линзы 2, выполненной из материала с показателем преломления пе 1,48 и ve 80 и поверхностью большей кривизны, обращенной к изображению. Третий и четвертый элементы представляют собой двояковыпуклые линзы 3,4, а пятая выполнена в виде отрицательного мениска 5 с вогнутой поверхностью, обращенной к предмету, и склеена в линзовый дублет с четвертой линзой 4, при этом первая поверхность светоделительной призмы 7 выполняется сферической с вогнутостью, обращенной к предмету. 3 ил., 1 табл.

Формула изобретения Широкоугольный телецентрический проекционный объектив с призмой, содержащий шесть линз, первая и вторая из которых склеены между собой в дуплет, включающий положительный мениск и от- рицательную линзу, третья - одиночная линза, четвертая линза - положительная, шестая линза - одиночная двояковыпуклая, за которой размещена призма, отличающийся тем, что, с целью увеличения удаления плоскости изображения от второй поверхности последней линзы объектива, увеличения углового поля с одновременным повышением качества изображения путем уменьшения астигматизма, кривизны изо- бражения, сферической аберрации, хроматизма увеличения и положения, в дуплете

положительный мениск установлен перед отрицательной линзой, выполненной в виде двояковогнутой линзы, радиус кривизны второй поверхности которой меньше радиуса кривизны первой поверхности, третья и четвертая линзы выполнены в виде двояковыпуклых линз, а пятая линза - в виде отрицательного мениска, причем четвертая и пятая линзы склеены между собой во второй дуплет, показатель преломления первой линзы больше 1,8, а коэффициент дисперсии не превышает 25,2. показатель преломления второй линзы не превышает 1,48, а коэффициент дисперсии больше 80, а поверхность призмы, обращённая « шестой линзе, выполнена сферической и обращена вогнутостью к пространству предметов.

fe 40,82 SFe 49,99 SFef--0,55

Экран - ltl (л/госкос/яб лредме/пой)

) Условность pffweffja

$№.f

Продолжение таблицы