малогабаритный проекционный объектив

Формула изобретения

МАЛОГАБАРИТНЫЙ ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ, содержащий четыре линзы, из которых первая положительная, вторая двояковогнутая из материала с показателем преломления n_e 1,58 и коэффициентом дисперсии _e 37,7, третья - двояковыпуклая и четвертая отрицательная линза, отличающийся тем, что первая линза выполнена в виде мениска, выпуклостью обращенного к предмету, а четвертая линза в виде мениска, выпуклостью обращенного к плоскости изображения, из материала с показателем преломления n_e 1,58 и коэффициентом дисперсии _e 37,7, при этом выполняются соотношения

r₄= 0,375 f= - 0,7r₆;

l₂ 1,9l₁,

l₃ 0,08 f¹,

где r₄ второй радиус второй линзы;

r₆ второй радиус третьей линзы;

l₁-l₃ первый, соответственно второй и третий воздушные промежутки;

f фокусное расстояние объектива.

Описание изобретения к патенту

Изобретением относится к приборостроению, а именно к оптике, может быть использовано в приборах с малым увеличением, например в сканерах, факcимильных устройствах.

Известен объектив типа "Индустар" [1] с фокусным расстоянием f" 100 мм, относительным отверстием 1:4,5, угловым полем в пространстве предметов 2 = 35^о. Система обеспечивает достаточно высокое качество изображения в пределах всего поля изображения: поперечная сферическая аберрация не превышает 0,009 мм, астигматизм в пределах поля изображения 0,12 мм, дисторсия 0,06% Объектив ахроматизирован для спектральных линий g и l.

Недостатком известного объектива является небольшое относительное отверстие и наличие виньетирования, которое вызывает неравномерность освещенности в плоскости изображения.

Наиболее близким к заявляемому устройству является светосильный проекционный телеобъектив [2] содержащий четыре линзы, первая и третья из которых выполнены двояковыпуклыми, а вторая и четвертая двояковогнутыми, при этом расстояние между второй и третьей линзами равно 0,1 фокусного расстояния телеобъектива, показатели преломления n_e и коэффициенты дисперсии _е двояковыпуклых линз удовлетворяют условиям

1,6 < n_e < 1,67

47 < _е < 60, а двояковогнутых линз

1,49 < n_e < 1,76

27 < _е < 70.

Недостатком прототипа является малая светосила для данного класса систем и наличие виньетирования.

Целью изобретения является создание объектива с увеличенной светосилой при сохранении высокого качества изображения и при отсутствии виньетирования в пределах поля изображения.

Цель достигается тем, что в объективе, содержащем четыре линзы, из которых вторая выполнена двояковогнутой, третья двояковыпуклой, показатель преломления n_e и коэффициент дисперсии второй линзы удовлетворяют условию n_e1,58 и _е37,7, в отличие от прототипа, первая линза положительный мениск, выпуклостью обращенный к предмету, четвертая линза отрицательный мениск, выпуклостью обращенный к плоскости изображения, с показателем преломления n_e1,58 и коэффициентом дисперсии _е37,7, при этом выполняются условия:

r₄ 0,375f" -0,7r₆

l₂ 1,9l₁ 0,375f"

l₃ 0,08f", где r₄ второй радиус второй линзы; l₁ первый воздушный промежуток; l₂ второй воздушный промежуток; l₃ третий воздушный промежуток; r₆ второй радиус третьей линзы; f" фокусное расстояние объектива.

Увеличение относительного отверстия при отсутствии виньетирования в пределах рабочего поля и при сохранении высокого качества изображения является необходимым условием работы оптической системы с ПЗС-приемником, так как это повышает освещенность и обеспечивает хорошую равномерность освещенности в пределах поля изображения. Это достигается конструкцией объектива, взаимным расположением линз, отличающихся по знаку оптической силы, а также выбором радиуса кривизны четвертой поверхности, удовлетворяющего условию r₄ 0,375f" 0,7r₆ Для обеспечения высокого качества изображения в пределах поля изображения, необходимо исправить кривизну Петцваля, а также хроматические аберрации в диапазоне длин волн от 600 до 700 нм, что обеспечивается выбором марок стекол для отрицательных линз.

Необходимым условием работы объектива с ПЗС-приемником является равномерное распределение энергии в пятне рассеяния по всему полю изображения, что обеспечивается исправлением комы и дисторсии, при этом третий воздушный промежуток l₃ 0,08f", второй воздушный промежуток l₂ удовлетворяет условию l₂1,9l₁ 0,375f". Достаточно хорошее исправление комы и дисторсии, вызывающих смещение центра пятна рассеяния, позволило достичь минимального смещения фазы, характеризуемого частотно-фазовой характеристикой ЧФХ, на всех частотах до N 20 мм^-1 в пределах поля изображения 0,9y_max", максимальное смещение фазы ЧФХ0,06.

На фиг. 1 представлена оптическая схема малогабаритного проекционного объектива, фокусное расстояние которого f" 24 мм, выходная апертура sinu" 0,127, что соответствует относительному отверстию 1:3, линейное поле в пространстве предметов 2y 102 мм (2= 45^о); на фиг. 2-6 приведены графики аберраций; на фиг. 7-9 представлены графики коэффициентов передачи модуляции КПМ.

В таблице даны конструктивные параметры и марки стекол.

Малогабаритный проекционный объектив состоит из последовательно расположенных положительного мениска 1, выпуклостью обращенного к предмету, двояковогнутой линзы 2, двояковыпуклой линзы 3, отрицательного мениска 4, выпуклостью обращенного к изображению. Линзы 1 и 2 представляют собой один компонент.

Толщины линз d_i соответственно равны 0,15f", 0,042f", 0,14f", 0,092f", воздушные промежутки между линзами l_i равны соответственно 0,035f", 0,067f", 0,077f".

Линзы 1 и 3 выполнены из стекла сверхтяжелый крон СТК9 с показателем преломления n_e 1,7460 и коэффициентом дисперсии _е 50.

Линзы 2 и 4 выполнены из стекла легкий флинт ЛФ9 с n_e 1,5837 и _е= 37,7.

Все поверхности линз просветлены ахроматическим покрытием (ОСТ 3-1901-85).

Из графиков аберраций и графиков функции передачи модуляции, изображенных на фиг. 2-9, следует, что объектив обладает достаточно высоким качеством изображения как в центре поля, так и в пределах поля изображения 0,9y_max".

Поперечная сферическая аберрация не превышает 0,009 мм.

Коэффициент Т передачи модуляции КПМ в центре поля изображения для частоты N 10 мм^-1 равен 0,95 ( для безаберрационной системы на N 1- мм^-1 Т 0,97), для частоты N 20 мм^-1 Т 0,78.

Астигматизм в пределах поля изображения 0,9y_max" не превышает 0,08 мм, дисторсия в пределах этого поля изображения не превышает 0,16% Диаметр кружка рассеяния в пределах поля изображения 0,9y_max" не превышает 0,017 мм.

Значение коэффициента Т передачи модуляции в пределах поля изображения 0,9y_max" для частот N 10 мм^-1 и N 20 мм^-1 соответственно равно Т 0,88 и 0,65. Снижение значений коэффициента передачи модуляции из-за хроматических аберраций не наблюдается.

Вышеприведенный анализ графиков аберраций и графиков функции передачи модуляции подтверждает достижение цели.