Проекционный объектив для фокусировки лазерного излучения

 

Проекционный объектив содержит две плосковыпуклые линзы и два коррекционных элемента в виде тонких плоскопараллельных пластин. Коррекционные элементы выполнены из двух стекол, имеющих разные показатели преломления и коэффициенты дисперсии и асферическую границу их соединения, при этом профиль границы соединения описывается в формуле изобретения. Параметры элементов оптической системы выбираются из условия обеспечения коррекции сферохроматической и полевой аберраций для требуемой числовой апертуры объектива в заданном спектральном диапазоне. Обеспечивается повышение относительного отверстия проекционного объектива, уменьшение потерь фокусируемого излучения, уменьшение толщины объектива по оси, уменьшение полевых аберраций при фокусировке излучения от протяженного источника, а также упрощение технологии изготовления. 8 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к области проектирования оптических систем, может быть использовано в оптико-механической промышленности при проектировании и изготовлении оптических систем для лазерных приборов.

В связи с наличием в спектральном диапазоне 600-1300 нм малогабаритных и высокоэффективных источников излучения (светодиоды, полупроводниковые, газовые и твердотельные лазеры) и их широким использованием в современных приборах возникает проблема создания оптических систем для передачи излучения от этих источников к приемным устройствам. При этом существует задача фокусировки как коллимированного излучения, так и расходящегося. Первая задача более простая. Во втором случае необходим объектив, который бы обеспечивал фокусировку лазерного излучения от некоторого источника, расположенного на оптической оси и имеющего либо некоторый линейный размер, либо являющегося точечным. Эту задачу решает проекционный объектив. В частности, в ряде устройств требуется ввод лазерного излучения в световод, вывод излучения из световода и фокусировка его на приемную площадку малого размера. (В этом случае источником расходящегося излучения является световод, угол выхода излучения из световода определяется его числовой апертурой.) Задача усложняется, если в качестве световода используется одномодовое волокно с большой числовой апертурой. В этом случае для уменьшения потерь объектив должен обеспечивать фокусировку излучения в пятно дифракционного размера. Для этого необходима тщательная коррекция аберраций объектива. При использовании объективов в качестве коннекторов для соединения световодов, чтобы были минимальные потери, также необходима коррекция аберраций, особенно для края поля. В ряде приборов с лазерными источниками часто требуется, чтобы один и тот же объектив использовался для нескольких дискретных значений длин волн. Числовые апертуры волокон составляют величину 0,15-0,4, это означает, что объективы, обеспечивающие ввод-вывод излучения из такого волокна, должны быть светосильными. Таким образом, существует ряд специальных требований к проекционным объективам для фокусировки лазерного излучения.

Существует множество оптических систем различных типов, позволяющих получать сфокусированное лазерное излучение (см. Л.Н. Андреев, В.П. Андреев, Г.Л. Никифорова Оптические системы для фокусировки монохроматического излучения в ж. "Приборостроение", 1986, 3, с.71-74). Однако эти объективы фокусируют коллимированное излучение. При попытке использовать их как составную часть проекционного объектива, в частности, с увеличением -1х оптическая система получается громоздкой, а качество фокусировки неудовлетворительным. Фотоэлектрические оптические системы на основе сферической оптики (см. И.А. Турыгин Прикладная оптика, М.: Машиностроение, 1966 г.) не удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к объективам для лазерных систем.

Использование коррекционных элементов с асферическими поверхностями (или поверхностями, выполняющими функцию асферических, таких как дифракционные и киноформные элементы, оптические элементы с градиентным изменением показателя преломления и т.п.) в оптических системах существенно упрощает задачу коррекции аберраций. Известно использование коррекционных элементов из двух стекол с внутренней асферической поверхностью для коррекции сферической аберрации (cм. Потапова Н.И., Цветков А.Д. Способ изготовления оптических деталей с плавным изменением оптических характеристик по апертуре. Патент РФ 2037851, БИ 17, 1995). При помощи таких коррекционных элементов строго исправляется сферическая аберрация для светосильных фокусирующих систем, однако неисправленной остается хроматическая и полевая аберрации.

Известно устройство объектива малой толщины из пяти компонентов с двумя асферическими коррекционными элементами (см. Потапова Н.И., Цветков А.Д. Объектив с вынесенным входным зрачком. Патент РФ 2172970). Объектив имеет хорошую коррекцию осевых и полевых аберраций для широкого спектрально диапазона, большую числовую апертуру. Однако этот объектив непригоден для фокусировки излучения точечного источника, расположенного на оптической оси (т. е. для работы в качестве проекционного), поскольку он предназначен для работы с дальним положением предмета. При приближении источника аберрации в точке фокусировки растут.

При использовании в качестве проекционного объектива бигиперболической линзы с симметричным ходом главного луча и с увеличением, равным -1х, можно получить идеальную фокусировку излучения от монохроматического точечного источника (cм. , например, М.М. Русинов Композиция оптических систем, Л.: Машиностроение, 1989, стр.204). Однако в таком однокомпонентном объективе, выполненном из одного однородного материала, диапазон длин волн, в котором строго исправлена сферическая аберрация, чрезвычайно мал, что существенно сужает возможности его применения. Кроме того, он имеет чрезвычайно малое линейное поле, что не позволяет использовать его для фокусировки излучения от протяженного источника.

Известна конструкция объектива для ввода излучения полупроводникового лазера с длиной волны 1,3 мкм в одномодовое волокно (Прокофьев А.Е., Сизов О. В. , Чистяков С.О. Градиентно-оптическая система для ввода излучения полупроводникового лазерного диода в одномодовое волокно, Оптический журнал, т. 64, 1997, с. 67-70). Объектив представляет собой двухкомпонентную оптическую систему, состоящую из градиентной линзы с показателем преломления, изменяющимся по заданному закону и обеспечивающим входную числовую апертуру 0,42 (согласованную с апертурой лазерного диода), и толстой плосковыпуклой линзы из однородного материала, обеспечивающую выходную числовую апертуру 0,23 (согласованную с числовой апертурой одномодового волокна). Причем при определении закона, по которому должен изменяться показатель преломления градиентной линзы, учтены аберрации, вносимые плоскопараллельной пластиной - защитным стеклом лазерного диода. Устройство позволяет сфокусировать лазерное излучение с потерями, не превышающими 20%. Однако такой объектив работает в очень узком спектральном диапазоне в силу ограничений, присущих градиентным материалам по возможностям коррекции хроматических аберраций, а также в нем не предусмотрена компенсация полевых аберраций.

Наиболее близким устройством к заявляемому изобретению по совокупности признаков является конструкция проекционного объектива, состоящего из двух сферических линз и двух асферических коррекционных элементов, выполненных в виде тонких плоскопараллельных пластин (см. Бобров С.Т. Компенсированные сферические поверхности в оптических системах, ж. "Автометрия", 6, 1985, с. 26). (Принято за прототип.) В качестве коррекционных элементов в объективе использованы дифракционные элементы, в качестве линз - положительные мениски с одинаковыми радиусами кривизны. Коррекционные поверхности, не обладающие оптической силой, расположены между менисками. Мениски повернуты вогнутыми поверхностями к выходному зрачку, находящемуся в центре объектива. Каждый из коррекционных элементов компенсирует аберрации следующих поверхностей: выпуклой поверхности ближнего мениска и вогнутой - дальнего. Для этого выполняется определенное соотношение для расстояния между менисками, показателями преломления менисков, их толщиной и радиусами. Такая конструкция имеет уменьшенные сферическую аберрацию, первичную кому и астигматизм. Она позволяет передавать лазерное излучение с малыми потерями от торца световода на приемную площадку фотоприемника, может служить коннектором. Однако из-за необходимости использования в конструкции менисков числовая апертура такого объектива не может быть развита, что затрудняет использование таких объективов для ввода-вывода лазерного излучения из световодов с большой числовой апертурой, а также делает объектив довольно длинным. Кроме того, в оптических системах с дифракционными элементами затруднена коррекция хроматических аберраций, что также сужает диапазон применений такого объектива. Кроме того, в объективах, использующих дифракционные элементы, снижается контраст изображения из-за наличия структурированной поверхности.

Таким образом, в настоящее время существует множество конструкций проекционных объективов, использующих элементы как со сферическими, так и с асферическими поверхностями (или их аналогами), существенно улучшающими характеристики оптических систем. Однако среди них нет конструкций проекционных объективов, позволяющих одновременно работать на нескольких дискретных длинах волн либо в некотором спектральном диапазоне, при этом имеющих хорошо скомпенсированные аберрации при больших числовых апертурах, а также малую относительную длину по оси и малое количество компонентов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Заявленное изобретение направлено на создание проекционного объектива, работающего на нескольких длинах волн либо в некотором спектральном диапазоне, предназначенного для устройств вывода лазерного излучения из световода и последующей его фокусировки в заданной плоскости (на приемной площадке фотоприемника или ПЗС-матрицы либо на торце следующего световода, с которым осуществляется сопряжение, либо на каком-то другом объекте). Такие объективы необходимы, например, для медицинских приборов, использующих излучение лазера на парах меди, излучающих в сине-зеленой области спектрального диапазона одновременно на двух длинах волн 510,6 нм и 578,2 нм и использующих для транспортировки излучения световолокно, выходящее излучение из которого необходимо сфокусировать на объекте в пятно малых размеров. Кроме того, такие объективы необходимы в устройствах измерителей тока и напряжения, использующих в качестве источников излучения лазерные диоды с длиной волны 650 нм и 1300 нм либо 780-900 нм. При этом в ряде устройств одновременно используется излучение сразу двух длин волн, а для транспортировки излучения используется одномодовое либо многомодовое световолокно. При этом необходима фокусировка излучения с минимальными потерями, что обеспечивается согласованием числовых апертур световодов и объектива, а также использованием объективов с хорошей коррекцией аберраций при минимальной толщине и малом количестве поверхностей.

Технический результат изобретения - повышение относительного отверстия проекционного объектива, обеспечение возможности его работы на нескольких длинах волн видимой и ближней ИК-области либо в некотором спектральном диапазоне, уменьшение потерь фокусируемого лазерного излучения, уменьшение толщины объектива по оси, уменьшение полевых аберраций при фокусировке излучения от протяженного источника, а также упрощение технологии изготовления объектива.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве проекционного объектива, состоящего из двух сферических линзовых элементов и двух коррекционных элементов, выполненных в виде тонких плоскопараллельных пластин, линзовые элементы представляют собой плосковыпуклые линзы, а коррекционные элементы выполнены из двух стекол, имеющих разные показатели преломления и коэффициенты дисперсии и асферическую границу их соединения, при этом профиль границы соединения стекол коррекционных элементов описывается рядом где k является коэффициентом масштабирования, r - радиальная координата, z(r) - профиль коррекционной поверхности, причем k=0,5...15, коэффициенты ряда имеют величины а разница показателей преломления, коэффициенты дисперсии стекол коррекционных элементов и показатели преломления линз, а также расстояния между коррекционными элементами и линзами и передний фокальный отрезок объектива выбираются из условия обеспечения коррекции сферохроматической и полевой аберраций для требуемой числовой апертуры объектива в заданном спектральном диапазоне.

Если в проекционном объективе плосковыпуклые линзы расположить выпуклыми сторонами навстречу друг другу, то исходная сферическая аберрация линз может быть уменьшена. Расположение коррекционных элементов снаружи от каждой из линз позволяет существенно уменьшить сферическую аберрацию при выбранном оптимальном их положении для требуемой числовой апертуры. Расположение коррекционных элементов между линзами (как вариант конструкции) позволяет оптимизировать полевые аберрации объектива. Если в проекционном объективе плосковыпуклые линзы повернуть плоскими сторонами друг к другу, а коррекционные элементы расположить между линзами, то можно уменьшить полевые характеристики объектива и уменьшить толщину объектива по оси. При расположении коррекционных элементов снаружи от линз (как вариант конструкции) можно оптимизировать оптическую систему для выбранных материалов линз и коррекционных элементов. При одинаковой ориентации плосковыпуклых линз по отношению к падающему излучению с коррекционными элементами, расположенными со стороны плоской поверхности каждой из линз, можно получить оптимизацию объектива с точки зрения коррекции сферохроматической и полевой аберраций. При расположении коррекционных элементов со стороны выпуклой поверхности каждой из линз (как вариант конструкции) можно добиться минимальной величины сферической и полевой аберраций объектива, а также его толщины по оси. При выполнении в проекционном объективе обеих линз с радиусами кривизны, равными между собой, из стекол, у которых показатели преломления равны, а также обоих коррекционных элементов из стекол с равными разницами показателей преломления проекционный объектив будет иметь увеличение ~ -1х. В проекционном объективе, в котором показатели преломления линз и их радиусы кривизны отличаются друг от друга, а также отличаются разности коэффициентов дисперсии и разницы показателей преломления стекол, составляющих коррекционные элементы, коэффициент увеличения будет отличаться от -1х, т.е. будут отличаться входная и выходная числовые апертуры.

На фиг. 1 представлена оптическая схема проекционного объектива по п.1, 2, 8, где 1, 4 - коррекционные элементы, 2, 3 - плосковыпуклые линзы.

На фиг. 2 представлена оптическая схема проекционного объектива по п.1, 4, 8, где 1, 4 - плосковыпуклые линзы, 2, 3 - коррекционные элементы Оптическая схема объектива по п.1, 2, 8 приведена на фиг.1. Основную роль по коррекции сферической аберрации выполняют коррекционные элементы 1, 4. Расположение плосковыпуклых линз сферическими сторонами, повернутыми навстречу друг к другу, позволяет уменьшить исходную сферическую аберрацию системы. Поскольку существует довольно широкий набор стекол с показателями преломления, изменяющимися от ~1.5 до 2, а диапазон числовых апертур используемых световодов ограничен (наиболее часто используются волокна с числовой апертурой 0,15-0,30), то изменением показателей преломления стекол линз пл и радиусов их кривизны Rл можно согласовать числовую апертуру используемого световолокна и объектива, т.е. обеспечить требуемую светосилу объектива только двумя силовыми элементами - линзами. Заметим, что объектив из двух плосковыпуклых некорригированных линз обладает большой сферической аберрацией, которая приводит к большим потерям фокусируемого излучения. Известно, что использование коррекционных элементов с асферическими поверхностями позволяет существенно уменьшить аберрации оптических систем. При этом для каждой оптической системы необходимы индивидуально подобранные (или рассчитанные) асферические поверхности коррекционных элементов (см., например, Потапова Н. И., Цветков А.Д. Способ изготовления оптических деталей с плавным изменением оптических характеристик по апертуре. Патент РФ 2037851, БИ 17, 1995 или Потапова Н.И., Цветков А.Д. Линза с коррекцией аберраций. Патент РФ 2174245 от 27.09.01). Поэтому для оптических систем с различными относительными отверстиями необходимы, в общем случае, коррекционные элементы с различными профилями коррекционной асферической поверхности.

Нами установлено, что выполнение коррекционных элементов с профилем асферической поверхности, описываемым формулой (1) с коэффициентами (2), существенно уменьшает сферическую аберрацию светосильных линз, имеющих диафрагменное число K=D/F' (D - диаметр линзы, F'- ее фокусное расстояние) примерно от 1,1 до 3,3 (соответствует числовым апертурам от 0,4 до 0,15) при соответствующим образом выбранной разнице показателей преломления составляющих коррекционный элемент стекол.

Сферическая аберрация у однотипных линз имеет одинаковый характер, но различную величину. По сути, меняется масштаб сферической аберрации, поэтому, изменяя масштаб оптической неоднородности коррекционного элемента в некоторых пределах (изменением разницы показателей преломления составляющих коррекционный элемент стекол при неизменной его толщине), оказывается возможным также изменять и величину компенсируемой сферической аберрации. Использование в проекционном объективе линз из стекол с большими коэффициентами дисперсии (большими 40-45) в сочетании с коррекционными элементами из стекол с различными коэффициентами дисперсии позволяет получить проекционные объективы, одинаково хорошо работающие на нескольких лазерных длинах волн (например, на длинах волн 0,65, 0,78, 1,06 и 1,3 мкм) либо в некотором спектральном диапазоне. Так, например, объектив, состоящий из линз из стекла ТФ5 (nе= 1,7617, Rл= 3,084) и коррекционных элементов из стекол К8 и ТБФ4 (nе= 0,2623) с границей соединения, описываемой формулой (1) при k=1, имеет числовую апертуру 0,4 и хорошо скомпенсированную сферическую аберрацию для спектрального диапазона 0,8-0,9 мкм. Объектив, состоящий из линз из стекла СТКЗ (nе= 1,6622, Rл= 4,246 мм) и коррекционных элементов из стекол ЛФ10 и БФ24 nе= 0,0864), имеет числовую апертуру 0,275 и одинаково успешно работает как в видимом, так и в ближнем ИК-диапазоне.

В то же время существующие оптические стекла имеют дискретный набор возможных разниц показателей преломления. Т.е. полную компенсацию аберраций, в том числе и сферической, нельзя достичь изменением только величины разницы показателей преломления стекол коррекционного элемента. Необходимы дополнительные возможности. Для проекционного объектива эти возможности открываются при изменении расстояний между коррекционными элементами и линзами, а также толщин линз, что приводит еще и к некоторому изменению переднего фокального отрезка (плоскости установки источника излучения). Если источник излучения (например, лазерный диод) поместить в точку переднего фокуса линзы, то после прохождения первой линзы с коррекционным элементом излучение будет идти параллельно оптической оси. Изменение величины переднего фокального отрезка равносильно смещению источника излучения из фокальной точки. Это приводит к тому, что после первой линзы излучение будет либо сходящимся, либо расходящимся, в зависимости от знака смещения.

Это, как и изменение расстояния от линзы до коррекционного элемента, эквивалентно некоторому изменению его профиля, поскольку лучи, идущие от линзы, будут попадать в другие точки коррекционной асферической поверхности. Так, например, коррекционные элементы толщиной 0,5 мм из стекол БК4 и К19 (разница показателей преломления nе= 0,0115) обеспечивают идеальную коррекцию аберраций (получается фокусировка в пятно дифракционного качества) при использовании линз из стекла ТК14 (с радиусом кривизны сферической поверхности 7,546 мм) при расстоянии между линзой и ближайшим коррекционным элементом 0,05 мм (числовая апертура 0,145). Профиль коррекционной поверхности при этом описывается формулой (1) с k=1. Если при этом же коррекционном элементе взять линзы из стекла ТК12 (с тем же радиусом кривизны 7,546 мм), то для наилучшей коррекции сферической аберрации расстояние между линзой и коррекционным элементом необходимо увеличить до 0,5 мм (числовая апертура объектива 0,135). При этом достигается фокусировка в пятно дифракционного размера, в то время как при приближении коррекционного элемента к линзе кружок рассеяния увеличивается до 10 мкм. Кроме того, изменяя ориентацию линз по отношению к падающему излучению, а также изменяя положение коррекционных элементов (располагая их либо со стороны плоской, либо со стороны выпуклой поверхности), можно также менять величину как сферической, так и полевой аберраций, добиваясь их оптимальной компенсации.

Если линзы объектива ориентировать плоскими сторонами навстречу друг другу (первая линза повернута выпуклой стороной навстречу падающему излучению, фиг. 2), то исходная аберрация для косых пучков будет меньше. В этом случае линзы можно выполнять меньшей толщины и с большими радиусами кривизны, что позволяет уменьшить толщину объектива по оси. Объектив с такой ориентацией линз дает лучшую компенсацию аберраций для протяженных источников излучения. При одинаковой ориентации линз объектива можно добиться компромисса для компенсации осевых и полевых аберраций.

У всех рассмотренных объективов световая апертура была 3,5-4,5 мм. Соответствующий коэффициент масштабирования k=1. При изменении световой апертуры изменяется также и величина компенсируемой аберрации, это можно учесть изменением масштабного коэффициента k (с ростом апертуры k увеличивается). Это масштабирование достаточно успешно можно осуществлять до k15, при дальнейшем увеличении апертуры коррекционная поверхность, описываемая рядом (1) с коэффициентами (2), перестает выполнять коррекционные функции и никакими изменениями расстояний, расположений линз и коррекционных элементов, а также выбором стекол аберрации объектива нельзя уменьшить до допустимой величины.

Наличие в объективе малого количества компонентов позволяет выполнять его малой толщины и с минимальными потерями, обусловленными рассеянием (отражением) на поверхностях элементов.

Все это позволяет при одном и том же профиле коррекционной поверхности (1) с коэффициентами (2) создавать объективы с различными параметрами (различной числовой апертурой, различным рабочим спектральным диапазоном, различным назначением) для фокусировки лазерного излучения как в одномодовое волокно, где требуется хорошая осевая коррекция аберраций (поскольку диаметр такого волокна 4-9 мкм для разных длин волн), так и для случая использования многомодового волокна, где требуется наличие еще и некоторого линейного поля, поскольку излучение уже исходит от источника с протяженным линейным размером.

Изготовление линз для осуществления такого объектива не представляет большого труда, в то время как при создании асферических элементов возникают трудности. Для создания таких элементов необходимо специальное оборудование, методики контроля. Делать однотипные коррекционные элементы всегда проще и дешевле. Поэтому использование в различных объективах с одинаковыми световыми апертурами коррекционных элементов с одним и тем же профилем существенно упрощает задачу изготовления таких объективов.

Ни прототип, ни известные аналоги не позволяют достичь такого результата.

Предложенное устройство объектива по пп.2, 8 (см. фиг.1) было реализовано при создании узлов вывода из световода излучения лазера, излучающего на двух длинах волн 1= 510,6 нм и 2=578 нм, и фокусировки его на объекте в пятно малого размера. Числовая апертура световода была 0,275, диаметр 62 мкм. Фокусировалось излучение обеих длин волн в пятно, не превышающее 80 мкм. Для этой цели были изготовлены проекционные объективы с числовой апертурой 0,275 (диафрагменным числом 1,75). Оптическая схема объектива приведена на фиг.1. Линзы для объектива изготавливались из стекла СТКЗ с коэффициентом дисперсии e = 57,09, имели толщину по оси 1,28 мм и радиус кривизны сферической поверхности 4,246 мм. Коррекционные элементы 1 и 4 изготавливались в виде плоскопараллельных пластин из стекол ЛФ10 и БФ24, имеющих разницу показателей преломления для е-линии 0,0864. Стекла имели граничную асферическую поверхность соединения с профилем, описываемым формулой (1) при k=1. Суммарная толщина объектива была 3,73 мм, входной диаметр 3,6 мм, передний фокальный отрезок -SA=5,5 мм, задний SA'=-5,03 мм, увеличение V=-0,93x. Была изготовлена малая партия таких объективов. Объективы позволяли фокусировать практически 100% выходящего из торца световода излучения с двумя длинами волн 1 = 510,6 нм и 2 = 578 нм в пятно, не превышающее по диаметру 80 мкм.

Объективы с числовой апертурой 0,275 также выполняли функцию коннекторов для сопряжения одномодовых волокон, работающих на длине волны 650 нм: диаметр сердцевины волокна был 5 мкм. 86% энергии лазерного излучения, выходящего из одномодового волоконного световода с числовой апертурой 0,27, фокусировалось при помощи объектива на торец другого одномодового волокна (пятно фокусировки имело дифракционный вид; в кольцо диаметром 5 мкм попадало излучения нулевого и первого максимумов). Объектив также можно было использовать в качестве коннектора для сопряжения одномодовых волокон, работающих для длины волны лазерного излучения 1300 нм. В этом случае диаметр сердцевины волокна был 9 мкм, числовая апертура 0,26, потери излучения при фокусировке составляли около 15%.

Кроме того, предложенные конструкции по пп.1, 2, 8 и 1, 4, 8 использовались при разработке специального проекционного объектива для фокусировки излучения полупроводникового лазера, излучающего в диапазоне 800-900 нм, с числовой апертурой 0,4. Фокусировка осуществлялась на приемную площадку фотоприемного регистрирующего устройства размером 100100 мкм. Для этой цели были разработаны объективы, схемы которых приведены на фиг.1 и фиг.2. Линзы 2 и 3 (фиг. 1) изготавливались из стекла ТФ5 с коэффициентом дисперсии e = 27,32 и имели толщину по оси 0,86 мм и радиус кривизны сферической поверхности 3,084 мм. Линзы 1, 4 для конструкции по пп.1, 4, 8 (фиг.2) были из стекла К8. Коррекционные элементы для обеих конструкций объективов были выполнены в виде плоскопараллельных пластин из стекол К8 и ТБФ4, имеющих разницу показателей преломления для е-линии 0,2623, стекла имели граничную асферическую поверхность соединения с профилем, описываемым формулой (1) с k= 1. Толщина объектива по п.1, 2, 8 была 2,8 мм, а объектива по п.1, 4, 8 - 2,51 мм. Передний фокальный отрезок в первом случае был 3,6 мм, во втором - 4,25 мм.

Линзы для всех объективов изготавливались по традиционной технологии. Асферическая поверхность коррекционных элементов получалась при помощи метода горячего формообразования. При этом для изготовления всех коррекционных элементов использовались одни и те же прессующие инструменты, что существенно упрощало и удешевляло процесс их изготовления.

Ни прототип, ни известные аналоги не позволяют достичь такого технического результата.

Формула изобретения

1. Проекционный объектив, состоящий из двух сферических линзовых элементов и двух коррекционных элементов, выполненных в виде тонких плоскопараллельных пластин, отличающийся тем, что линзовые элементы представляют собой плосковыпуклые линзы, а коррекционные элементы выполнены из двух стекол, имеющих разные показатели преломления и коэффициенты дисперсии и асферическую границу их соединения, при этом профиль границы соединения стекол коррекционных элементов описывается ниже: где k является коэффициентом масштабирования; r - радиальная координата;
z(r) - профиль коррекционной поверхности, причем k=0,5...15, коэффициенты ряда имеют величины:

а разница показателей преломления, коэффициенты дисперсии стекол коррекционных элементов и показатели преломления линз, а также расстояния между коррекционными элементами и линзами и передний фокальный отрезок объектива выбираются из условия обеспечения коррекции сферохроматической и полевой аберраций для требуемой числовой апертуры объектива в заданном спектральном диапазоне.

2. Проекционный объектив по п.1, отличающийся тем, что плосковыпуклые линзы повернуты выпуклой стороной друг к другу, а коррекционные элементы расположены снаружи от линз.

3. Проекционный объектив по п.1, отличающийся тем, что плосковыпуклые линзы повернуты выпуклой стороной друг к другу, а коррекционные элементы расположены между линзами.

4. Проекционный объектив по п.1, отличающийся тем, что плосковыпуклые линзы повернуты плоскими сторонами друг к другу, а коррекционные элементы расположены между линзами.

5. Проекционный объектив по п.1, отличающийся тем, что плосковыпуклые линзы повернуты плоскими сторонами друг к другу, а коррекционные элементы расположены снаружи от линз.

6. Проекционный объектив по п.1, отличающийся тем, что коррекционные элементы расположены со стороны плоской поверхности каждой из одинаково ориентированных плосковыпуклых линз.

7. Проекционный объектив по п.1, отличающийся тем, что плосковыпуклые линзы одинаково ориентированы, а коррекционные элементы расположены со стороны выпуклой поверхности каждой из линз.

8. Проекционный объектив по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что показатели преломления обеих линз и их радиусы кривизны равны между собой, а также равны разницы показателей преломления стекол обоих коррекционных элементов.

9. Проекционный объектив по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что показатели преломления линз и их радиусы кривизны отличаются друг от друга, а также отличаются разности коэффициентов дисперсии и разницы показателей преломления стекол, из которых выполнены коррекционные элементы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в телевизионных системах наблюдения

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве объектива к приборам ночного видения в самых разнообразных условиях эксплуатации

Изобретение относится к специальным объективам и может использоваться в ночных зрительных трубках

Изобретение относится к офтальмологической оптике, в частности к искусственным хрусталикам глаза

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может найти применение в оптических системах, действующих с источником монохроматического излучения, например в качестве коллиматора, работающего с полупроводниковым лазером, а также в качестве объектива для устройств оптической записи и считывания информации

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам для оптической записи и воспроизведения информации, и найдет применение в бытовой видеоаппаратуре и оптических дисковых запоминающих устройствах

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для передачи изображений на входной торец световода при наблюдении неподвижных или перемещающихся объектов

Объектив // 2244330
Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к линзовым объективам, и может быть применено в различных оптических и оптико-электронных приборах, в том числе и в качестве проекционного объектива

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к области проектирования оптических систем, может быть использовано в оптико-механической промышленности при проектировании и изготовлении оптических систем для лазерных приборов

Наверх