Результат интеллектуальной деятельности: ОБЪЕКТИВ С ПЕРЕМЕННЫМ ФОКУСНЫМ РАССТОЯНИЕМ

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.

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.