Объектив

Объектив может использоваться для работы с полупроводниковым лазером или светодиодом. Объектив содержит четыре компонента, первый и четвертый из которых положительные, причем первый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, а четвертый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной плосковыпуклой линзы, плоская поверхность которой обращена к пространству изображений. Толщина четвертого компонента составляет не менее 0.3 фокусного расстояния объектива. Отношение фокусных расстояний первого и второго компонентов по абсолютной величине не превышает 0,7, а отношение фокусных расстояний четвертого и третьего компонентов не превышает 1,1. Обеспечивается повышение качества изображения и увеличение заднего отрезка объектива при сохранении его общей длины. 4 ил.

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться как объектив, работающий с полупроводниковым лазером или светодиодом.

Известен объектив [1], содержащий четыре компонента, из которых первый компонент представляет собой одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй и третий компоненты представляют собой плосковыпуклые линзы, обращенные выпуклыми поверхностями друг к другу, четвертый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений.

Недостатком объектива является его относительно большая общая длина, от первой поверхности объектива до плоскости изображений, составляющая 2.3 фокусного расстояния объектива.

Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив [2], содержащий четыре компонента, первый и второй компоненты которого выполнены в виде одиночных положительных менисков, обращенных вогнутыми поверхностями к пространству изображений и расположенных друг за другом, третий компонент содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Данная конструкция объектива имеет общую длину не более 2 фокусных расстояний объектива. Однако наличие только положительных компонентов в конструкции не позволяет получить задний отрезок объектива больше 0.5 фокусного расстояния объектива, а также качество изображения объектива, характеризующееся среднеквадратическим отклонением волнового фронта менее 0.05λ.

Задачей изобретения является повышение качества изображения и увеличение заднего отрезка объектива при сохранении его общей длины.

Объектив содержит четыре компонента, первый и четвертый из которых положительные, при этом четвертый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, в отличие от прототипа, первый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной плосковыпуклой линзы, плоская поверхность которой обращена к пространству изображений, толщина четвертого компонента составляет не менее 0.3 фокусного расстояния объектива, отношение фокусных расстояний первого и второго компонентов по абсолютной величине не превышает 0.7, а отношение фокусных расстояний четвертого и третьего компонентов не превышает 1.1.

Конструкция первого компонента, выполненного в виде двояковыпуклой линзы, второго компонента, выполненного в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, а также третьего компонента, выполненного в виде плосковыпуклой линзы, позволяет уменьшить сферическую аберрацию.

Выбор соотношения фокусных расстояний первого и второго компонентов по абсолютной величине, не превышающего 0.7, позволил увеличить задний отрезок объектива по сравнению с прототипом до величины не менее 0.6 фокусного расстояния объектива при сохранении общей длины не более 2 фокусный расстояний объектива.

Выбор толщины четвертого компонента, составляющей не менее 0.3 фокусного расстояния объектива, позволил уменьшить коэффициент изопланатизма и тем самым уменьшить внеосевую кому, что улучшает качество изображения объектива, а также делает конструкцию объектива менее чувствительной к децентрировкам.

Выбор соотношения фокусных расстояний четвертого и третьего компонентов не более 1.1 обеспечивает коррекцию аберраций широких наклонных пучков и комы, а следовательно, улучшает качество изображения.

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.

На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R - радиусы кривизны поверхностей линз, D - расстояния между поверхностями линз, n - показатель преломления стекол линз для λ=802 нм.

На фиг.3 приведен график волновой аберрации объектива для точки на оси.

На фиг.4 приведены графики волновых аберраций широких наклонных пучков меридионального и сагиттальных сечений для 2у^'=0.2 мм.

Объектив (фиг.1) состоит из четырех компонентов. Первый компонент содержит двояковыпуклую линзу 1, второй компонент представляет собой отрицательный мениск 2, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий компонент содержит плосковыпуклую линзу 3, плоская поверхность которой обращена к пространству изображений, четвертый компонент содержит положительный мениск 4, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Толщина четвертого компонента равна 2.6 мм, что составляет 0.3 фокусного расстояния объектива. Фокусное расстояние первого компонента равно 61.2 мм, фокусное расстояние второго компонента - 87.8 мм, отношение фокусных расстояний первого и второго компонентов по абсолютной величине составляет 0.7. Фокусное расстояние третьего компонента равно 18.1 мм, фокусное расстояние четвертого компонента 20.2 мм, отношение фокусных расстояний четвертого и третьего компонентов составляет 1.1.

Предлагаемый объектив работает с полупроводниковым лазером с длиной волны излучения λ=802 нм, имеет фокусное расстояние 8.8 мм, заднюю апертуру 0.45. Сферическая аберрация объектива не превышает 0.007λ, аберрации широких наклонных пучков в меридиональном сечении не превышают 0.3λ, а в сагиттальном сечении - 0.1λ для величины изображения у^'=0.1 мм. Среднеквадратическое отклонение волнового фронта для точки на оси составляет 0.02λ, для точки вне оси - 0.04λ.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света проходит через входной зрачок объектива диаметром 7.9 мм, расположенный на первой поверхности объектива, и, преломившись через поверхности линз 1, 2, 3, 4, фокусируется в плоскости изображения, где расположен полупроводниковый лазер.

Для объективов, работающих с полупроводниковыми лазерами, параметрами, характеризующими качество изображения, являются среднеквадратическое отклонение волнового фронта (или число Штреля) и значение числовой апертуры в пространстве изображений.

Графики аберраций, приведенные на фиг.3 и 4, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения. Среднеквадратическое отклонение волнового фронта для точки на оси не превышает 0.02λ, при этом число Штреля составляет 0.98. Среднеквадратическое отклонение волнового фронта для точки у^'=0.1 мм не превышает 0.04λ, а число Штреля равно 0.86, что говорит о том, что объектив имеет практически безаберрационное качество изображения.

В предлагаемом объективе выбор конструкции первого, второго и третьего компонентов, толщины четвертого компонента, определенного соотношения фокусных расстояний первого и второго, четвертого и третьего компонентов, позволил увеличить задний отрезок и улучшить качество изображения объектива по сравнению с прототипом.

Источники информации

1. Патент DE №3223085, публикация 1982 г.

2. Патент DE №3209095, публикация 1982 г. (прототип).

Объектив, содержащий четыре компонента, первый и четвертый из которых положительные, при этом четвертый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной плосковыпуклой линзы, плоская поверхность которой обращена к пространству изображений, толщина четвертого компонента составляет не менее 0,3 фокусного расстояния объектива, отношение фокусных расстояний первого и второго компонентов по абсолютной величине не превышает 0,7, а отношение фокусных расстояний четвертого и третьего компонентов не превышает 1,1.