объектив с переменным фокусным расстоянием
Классы МПК: | G02B15/16 с взаимозависимыми нелинейно связанными перемещениями между двумя линзами или двумя группами линз |
Автор(ы): | Амосов Николай Викторович (RU), Бушмелев Николай Иванович (RU), Крохина Елена Сергеевна (RU), Погорельский Семен Львович (RU), Шипунов Аркадий Георгиевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-10-19 публикация патента:
27.04.2007 |
Объектив содержит пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, второй из которых склеен из положительной и отрицательной линз, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, выполненные соответственно в виде одиночных двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - коллектив, пятый компонент - проекционная система, выполненная в виде одиночных двояковыпуклой линзы и трех положительных менисков, первый и второй из которых обращены выпуклостью к предмету, третий - выпуклостью к изображению, и апертурную диафрагму. Первый мениск первого компонента выполнен склеенным из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз, положительная и отрицательная линзы второго мениска первого компонента выполнены в виде одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз соответственно. Апертурная диафрагма размещена между двояковыпуклой линзой и первым положительным мениском пятого компонента. При этом выполнены соотношения, указанные в формуле изобретения и определяющие требования к материалам для изготовления первого, второго и третьего компонентов объектива и к конструктивным параметрам объектива. Технический результат - повышение качества изображения. 1 ил., 2 табл.
Формула изобретения
Объектив с переменным фокусным расстоянием, содержащий пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, второй из которых склеен из положительной и отрицательной линз, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, выполненные соответственно в виде одиночных двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - коллектив, размещенный во внефокальной плоскости, пятый компонент - проекционная система, выполненная в виде одиночных двояковыпуклой линзы и трех положительных менисков, первый и второй из которых обращены выпуклостью к предмету, третий - выпуклостью к изображению, и апертурную диафрагму, отличающийся тем, что первый мениск первого компонента выполнен склеенным из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз, положительная и отрицательная линзы второго мениска первого компонента выполнены в виде одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз соответственно, апертурная диафрагма размещена между двояковыпуклой линзой и первым положительным мениском пятого компонента, при этом выполнены соотношения
n2-n 1>0,15;
1/ 2, 4/ 5, 9/ 7<0,75;
|R 4|<D6 max<|R 6|;
11<D12/D a<15,
где n1, n 2 - показатель преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;
1, 2 - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;
4, 5 - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз второго мениска первого компонента соответственно;
7, 9 - дисперсия показателя преломления материала двояковогнутой и двояковыпуклой линз второго и третьего компонентов соответственно;
R4 - радиус выпуклой поверхности второго мениска первого компонента;
D6 max - максимальное расстояние от последней поверхности первого компонента до первой поверхности второго компонента, соответствующее максимальному фокусному расстоянию объектива;
R6 - радиус вогнутой поверхности второго мениска первого компонента;
D12 - расстояние от последней поверхности четвертого компонента до первой поверхности пятого компонента;
Da - диаметр апертурной диафрагмы.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с переменным фокусным расстоянием, и может быть использовано в системах оптической локации, оптической связи, управления и наблюдательных приборах.
Известен 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 отрицательной и положительных линз, четвертый компонент - коллектив, размещенный во внефокальной плоскости, пятый компонент - проекционная система, выполненная в виде одиночных положительной линзы и двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету (Авторское свидетельство СССР №1089535, МКИ G 02 B 15/16, опублик. 30.04.84, бюл. №16).
Указанный объектив имеет малое относительное отверстие и создает изображение недостаточно высокого качества. Причиной этого являются большие сферические и хроматические аберрации объектива.
Наиболее близким к заявляемому является объектив с переменным фокусным расстоянием, содержащий пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, второй из которых склеен из положительной и отрицательной линз, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, выполненные соответственно в виде одиночных двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - коллектив, размещенный во внефокальной плоскости, пятый компонент - проекционная система, выполненная в виде одиночных двояковыпуклой линзы и трех положительных менисков, первый и второй из которых обращены выпуклостью к предмету, третий - выпуклостью к изображению, и апертурную диафрагму (Патент РФ №2115941, МПК6 G 02 B 15/16, опублик. 20.07.98, бюл. №20).
Указанный объектив создает изображение недостаточно высокого качества. Причиной этого являются большие сферические и хроматические аберрации объектива.
Задача настоящего изобретения - повышение качества изображения.
Для решения поставленной задачи в объективе с переменным фокусным расстоянием, содержащем пять компонентов, первый из которых неподвижный, выполненный из двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к предмету, второй из которых склеен из положительной и отрицательной линз, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, выполненные соответственно в виде одиночных двояковогнутой и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - коллектив, пятый компонент - проекционная система, выполненная в виде одиночных двояковыпуклой линзы и трех положительных менисков, первый и второй из которых обращены выпуклостью к предмету, третий - выпуклостью к изображению, и апертурную диафрагму, новым является то, что первый мениск первого компонента выполнен склеенным из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз, положительная и отрицательная линзы второго мениска первого компонента выполнены в виде одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз соответственно, апертурная диафрагма размещена между двояковыпуклой линзой и первым положительным мениском пятого компонента, при этом выполнены соотношения:
n2-n 1>0.15;
1/ 2, 4/ 5, 9/ 7<0.75;
|R 4|<D6 max<|R 6|;
11<D12/D a<15,
где n1, n 2 - показатель преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;
1, 2 - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;
4, 5 - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз второго мениска первого компонента соответственно;
7, 9 - дисперсия показателя преломления материала двояковогнутой и двояковыпуклой линз второго и третьего компонентов соответственно;
R4 - радиус выпуклой поверхности второго мениска первого компонента;
D6 max - максимальное расстояние от последней поверхности первого компонента до первой поверхности второго компонента, соответствующее максимальному фокусному расстоянию объектива;
R6 - радиус вогнутой поверхности второго мениска первого компонента;
D12 - расстояние от последней поверхности четвертого компонента до первой поверхности пятого компонента;
D a - диаметр апертурной диафрагмы.
Использование в первом компоненте менисков, склеенных из одиночных двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и выполнение указанных соотношений позволяет уменьшить сферические и хроматические аберрации объектива и повысить качество изображения.
Изобретение поясняется чертежом, где 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, обращенных выпуклостью к предмету. Первый мениск выполнен склеенным из положительной линзы 6, изготовленной из стекла с меньшим значением показателя преломления и большим значением дисперсии, и отрицательной линзы 7, изготовленной из стекла с большим значением показателя преломления и меньшим значением дисперсии. Второй мениск выполнен склеенным из положительной линзы 8, изготовленной из стекла с меньшим значением дисперсии, и отрицательной линзы 9, изготовленной из стекла с большим значением дисперсии.
Компонент 2 выполнен в виде одиночной двояковогнутой линзы, изготовленной из стекла с большим значением дисперсии, компонент 3 - в виде одиночной двояковыпуклой линзы, изготовленной из стекла с меньшим значением дисперсии.
Коллектив 4 выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы и установлен со смещением относительно фокальной плоскости оптической системы, образуемой компонентами 1, 2 и 3.
Проекционная система 5 состоит из четырех одиночных линз 10, 11, 12, 13. Линза 10 - двояковыпуклая, линзы 11 и 12 - положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету, линза 13 - положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению.
Апертурная диафрагма 14 размещена между двояковыпуклой линзой 10 и первым положительным мениском 11.
При этом выполнены следующие соотношения:
n 2-n1>0.15;
1/ 2, 4/ 5, 9/ 7<0.75;
|R 4|<D6 max<|R 6|;
11<D12/D a<15,
где n1, n 2 - показатель преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;
1, 2 - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;
4, 5 - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз второго мениска первого компонента соответственно;
7, 9 - дисперсия показателя преломления материала двояковогнутой и двояковыпуклой линз второго и третьего компонентов соответственно;
R4 - радиус выпуклой поверхности второго мениска первого компонента;
D6 max - максимальное расстояние от последней поверхности первого компонента до первой поверхности второго компонента, соответствующее максимальному фокусному расстоянию объектива;
R6 - радиус вогнутой поверхности второго мениска первого компонента;
D12 - расстояние от последней поверхности четвертого компонента до первой поверхности пятого компонента;
D a - диаметр апертурной диафрагмы.
Первое и второе соотношения определяют требования к материалам для изготовления первого, второго и третьего компонентов объектива. Третье и четвертое соотношения определяют требования к конструктивным параметрам объектива. Выполнение всех указанных соотношений позволяет уменьшить сферические и хроматические аберрации объектива и повысить качество изображения.
Ниже приведен пример конкретного выполнения объектива с переменным фокусным расстоянием согласно настоящему изобретению.
В табл.1 приведены конструктивные параметры объектива - радиусы поверхностей, толщины промежутков и марки стекол линз, а также значения показателей преломления и дисперсии стекол на рабочей длине волны 0=900 нм. В табл.2 - переменные воздушные промежутки для восьми состояний объектива. Поверхности №11, 13, 16, 18 (см. таблицу ниже), слабо влияющие на качество изображения, выполнены плоскими. Апертурная диафрагма расположена вблизи поверхности 14 и имеет диаметр Da=5.8 мм.
Таблица 1 | |||||
№ поверхн. | Радиус, мм | Толщина, мм | Марка стекла | Показатель преломления | Дисперсия, мкм -1 |
k | Rk | D k | - | n k | k=dnk/d , |
1. | 86.3 | 10 | К8 | 1.5086 | 0.016 |
2. | -106.66 | 5 | ТФ5 | 1.7326 | 0.038 |
3. | 2128 | 0.3 | Воздух | ||
4. | 53.46 | 10 | СТК19 | 1.7305 | 0.026 |
5. | -106.66 | 5 | ТФ5 | 1.7326 | 0.038 |
6. | 81.28 | D6 | Воздух | ||
7. | -10.093 | 2.00 | ТФ5 | 1.7326 | 0.038 |
8. | 9.162 | D 8 | Воздух | ||
9. | 17.338 | 1.90 | СТК9 | 1.7289 | 0.026 |
10. | -38.02 | D10 | Воздух | ||
11. | 2.3 | ТФ5 | 1.7326 | 0.038 | |
12. | -12.531 | 75.785 | Воздух | ||
13. | 2.00 | СТК9 | 1.7289 | 0.026 | |
14. | -42.46 | 0.20 | Воздух | ||
15. | 28.12 | 2.00 | ТФ10 | 1.7804 | 0,043 |
16. | 0.20 | Воздух | |||
17. | 9.77 | 3.60 | ТФ10 | 1.7804 | 0.043 |
18. | 1.10 | Воздух | |||
19. | -15.812 | 6.10 | ТФ10 | 1.7804 | 0.043 |
20. | -12.735 | 3.90 | Воздух |
Таблица 2 | ||||
№ состояния | Фокусное расстояние, мм | Переменные | воздушные | промежутки, мм |
i | Fi | D6_i | D 8_i | D10_i |
1. | -0.424 | 30.277 | 76.004 | 17.414 |
2. | -0.813 | 45.825 | 59.145 | 18.725 |
3. | -1.862 | 59.116 | 43.639 | 20.940 |
4. | -3.975 | 66.932 | 33.166 | 23.597 |
5. | -13.107 | 74.196 | 20.575 | 28.924 |
6. | -28.019 | 76.349 | 12.205 | 35.141 |
7. | -48.316 | 77.512 | 6.008 | 40.175 |
8. | -67.976 | 78.052 | 1.594 | 44.049 |
Объектив предназначен для получения коллимированного пучка от полупроводникового лазера и имеет следующие характеристики:
- перепад увеличения объектива М=160;
- фокусное расстояние F=0.42-68 мм;
- относительное отверстие D/F=1:1.6;
- поле зрения 2 =16°-6';
- диапазон длин волн =900±10 нм;
- среднеквадратичное отклонение волновой аберрации W<0.03.
Предложенная система позволяет создать объектив с улучшенным качеством изображения, большим перепадом увеличения и большим относительным отверстием.
Класс G02B15/16 с взаимозависимыми нелинейно связанными перемещениями между двумя линзами или двумя группами линз