Объектив с переменным фокусным расстоянием

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.

 

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-n₁>0.15;

δ₁/δ₂, δ₄/δ₅, δ₉/δ₇<0.75;

|R₄|<D_{6 max}<|R₆|;

11<D₁₂/D_a<15,

где n₁, n₂ - показатель преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;

δ₁, δ₂ - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;

δ₄, δ₅ - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз второго мениска первого компонента соответственно;

δ₇, δ₉ - дисперсия показателя преломления материала двояковогнутой и двояковыпуклой линз второго и третьего компонентов соответственно;

R₄ - радиус выпуклой поверхности второго мениска первого компонента;

D_{6 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:

n₂-n₁>0.15;

δ₁/δ₂, δ₄/δ₅, δ₉/δ₇<0.75;

|R₄|<D_{6 max}<|R₆|;

11<D₁₂/D_a<15,

где n₁, n₂ - показатель преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;

δ₁, δ₂ - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;

δ₄, δ₅ - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз второго мениска первого компонента соответственно;

δ₇, δ₉ - дисперсия показателя преломления материала двояковогнутой и двояковыпуклой линз второго и третьего компонентов соответственно;

R₄ - радиус выпуклой поверхности второго мениска первого компонента;

D_{6 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 λ₀=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 D_a=5.8 мм.

Таблица 1
№ поверхн.	Радиус, мм	Толщина, мм	Марка стекла	Показатель преломления	Дисперсия, мкм-1
k	Rk	Dk	-	nk	δk=dnk/dλ,
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	D8	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	D8_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 2ω=16°-6';

- диапазон длин волн λ=900±10 нм;

- среднеквадратичное отклонение волновой аберрации δW<0.03.

Предложенная система позволяет создать объектив с улучшенным качеством изображения, большим перепадом увеличения и большим относительным отверстием.

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-n₁>0,15;

δ₁/δ₂, δ₄/δ₅, δ₉/δ₇<0,75;

|R₄|<D_{6 max}<|R₆|;

11<D₁₂/D_a<15,

где n₁, n₂ - показатель преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;

δ₁, δ₂ - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого мениска первого компонента соответственно;

δ₄, δ₅ - дисперсия показателя преломления материала двояковыпуклой и двояковогнутой линз второго мениска первого компонента соответственно;

δ₇, δ₉ - дисперсия показателя преломления материала двояковогнутой и двояковыпуклой линз второго и третьего компонентов соответственно;

R₄ - радиус выпуклой поверхности второго мениска первого компонента;

D_6max - 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.