Проекционный объектив
Проекционный объектив содержит расположенные последовательно первую группу линз, апертурную диафрагму и вторую группу линз. Первая группа линз состоит из одной двояковыпуклой линзы. Первая линза второй группы - отрицательная, обращена вогнутостью к предмету и выполнена склеенной из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Вторая линза второй группы - положительный мениск, обращенный выпуклой стороной к изображению. Третья линза второй группы - мениск, обращенный вогнутостью к изображению и склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Между второй и третьей линзами второй группы введены положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, и двояковыпуклая линза. Все радиусы линз объектива выполнены сферическими. Технический результат - обеспечение работы объектива с предметами, расположенными на конечном расстоянии, повышение освещенности на краю поля изображения, обеспечение величины и знака дисторсии, достаточной для коррекции дисторсии рентгеновского ЭОПа, повышение технологичности. 4 ил.
Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к проекционным объективам, и может быть использовано, например, в устройствах переноса изображения формируемого на выходном окне рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОП) или другого электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу.
Известен проекционный объектив (патент ЕР 2149808, опубликован 03.02.2010), содержащий расположенные последовательно, по ходу оптического излучения от предмета к изображению первую группу линз, апертурную диафрагму и вторую группу линз, причем первая группа линз содержит три линзы, в том числе с асферической поверхностью, а вторая группа линз содержит пять линз, в том числе асферическую.
Этот объектив обладает следующими преимуществами: достаточной величиной относительного отверстия, значительной величиной поля зрения, малым снижением освещенности на краю поля зрения по отношению к освещенности в центре поля зрения, высоким качеством изображения. Однако он обладает недостаточной величиной размера изображения (у'=4,8 мм при требующемся у'т=11,5 мм). Для обеспечения необходимого размера изображения было произведено масштабирование фокусного расстояния и конструктивных параметров аналога. В результате выяснилось, что при сохранении сути изобретения произошло увеличение габаритов объектива и ухудшение качественных показателей до величин, не позволяющих его использовать для требуемых условий. При рассмотрении возможности использования этого объектива для решения поставленной задачи отрицательным фактором явилось также наличие в нем двух асферических поверхностей высшего порядка, что в данном конкретном случае для мелкосерийного производства экономически нецелесообразно.
В качестве прототипа выбран объектив по патенту на изобретение US 6600610, опубликован 29.07.2003, содержащий расположенные последовательно, по ходу оптического излучения от предмета к изображению первую группу линз, апертурную диафрагму и вторую группу линз, причем первая группа линз содержит две линзы, первая из которых выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, вторая выполнена в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, как вариант - из органического материала с двумя асферическими радиусами, первая линза второй группы выполнена отрицательной, обращенной вогнутостью к предмету, как вариант - из органического материала с двумя асферическими радиусами, вторая линза второй группы выполнена положительной, обращенной выпуклой стороной к изображению, а третья линза второй группы обращена вогнутостью к изображению.
Преимуществами этого объектива являются: большой размер изображения, малые габариты, высокое качество изображения при достаточном относительном отверстии, малое количество линз.
Недостатками этого объектива являются: низкое отношение освещенности на краю изображения по отношению к освещенности в центре изображения, величина отрицательной дисторсии, недостаточная для коррекции положительной дисторсии РЭОПа, работа объектива с бесконечно удаленным предметом, наличие, как варианты, одной или двух нетехнологичных линз, выполненных из органического материала и с асферическими радиусами.
Техническим результатом заявляемого объектива является обеспечение работы объектива с предметами, расположенными на конечном расстоянии, повышение освещенности на краю поля изображения по отношению к центру, обеспечение величины и знака дисторсии, достаточной для коррекции дисторсии РЭОПа, отсутствие линз из органического материала и с асферическими радиусами для обеспечения технологичности при единичном и мелкосерийном производстве.
Технический результат в проекционном объективе, содержащем расположенные последовательно, по ходу оптического излучения от предмета к изображению первую группу линз, апертурную диафрагму и вторую группу линз, причем первая группа линз содержит положительную линзу, обращенную выпуклостью к предмету, первая линза второй группы выполнена отрицательной, обращенной вогнутостью к предмету, вторая линза второй группы выполнена положительной, обращенной выпуклой стороной к изображению, а третья линза второй группы - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, достигается тем, что первая группа выполнена из одной двояковыпуклой линзы, первая линза второй группы выполнена склеенной из двояковогнутой и двояковыпуклой, вторая линза второй группы выполнена в виде положительного мениска, третья линза второй группы выполнена склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, причем между второй и третьей линзой второй группы дополнительно введены две положительные линзы, первая из которых - мениск, обращенный вогнутостью к предмету, а вторая - двояковыпуклая, причем все радиусы линз объектива выполнены сферическими, а материал линз - оптическое бесцветное стекло.
Сущность изобретения и возможность его промышленного применения поясняется примером конкретного выполнения, который показаны на фиг.1-4.
На фиг.1 показана принципиальная оптическая схема объектива, на фиг.2 - график ЧКХ (частотно-контрастной характеристики этого объектива), на фиг.3 - график относительной освещенности изображения в зависимости от размера предмета, на фиг.4 - график дисторсии изображения в зависимости от размера предмета.
Как показано на фиг.1, по ходу оптического излучения от предмета 10 к изображению 11 объектив содержит первую группу линз 1, апертурную диафрагму 2 и вторую группу линз 3-9. Линза 1 выполнена двояковыпуклой, линзы 3 и 4 склеены между собой, причем линза 3 - двояковогнутая, линза 4 - двояковыпуклая, линза 5 - положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, линза 8 выполнена двояковыпуклой, линза 9 выполнена двояковогнутой, причем линзы 8 и 9 склеены между собой, а между линзой 5 и 8 дополнительно введены две положительные линзы 6 и 7, первая из которых 6 - мениск, обращенный вогнутостью к предмету, а вторая 7 - двояковыпуклая.
На фиг.2 представлен график частотно-контрастных характеристик заявляемого объектива для спектрального диапазона от 500 нм до 600 нм с основной длиной волны 575 нм, характеризующий величину коэффициента контраста (Т) в зависимости от пространственной частоты на изображении для трех полей зрения: центр, 0,6 максимального и максимальное, причем для 0,6 максимального и максимального поля зрения представлено по две кривых - для меридионального и сагиттального сечения. Вертикальная ось Т характеризует величину коэффициента контраста (модуляции), горизонтальная ось N, пар лин./мм, характеризует пространственную частоту на изображении в парах линий на мм. На графике изображены пять кривых, причем кривая 1 представляет центр поля зрения (размер предмета равен 0 мм), кривые 2S и 2Т представляют половину 0,6 поля зрения (размер предмета равен 9 мм), кривые 3S и 3Т представляют край поля зрения (размер предмета 17.5 мм), причем буква S относит кривые к сагиттальному сечению, а буква Т - к меридиональному сечению широких пучков лучей.
На фиг.3 представлен график, характеризующий объектив по параметру относительной освещенности изображения в зависимости от размера предмета. Вертикальная ось RI определяет величину относительной освещенности, горизонтальная ось определяет величину размера предмета Y в мм. Из графика видно, что при размере предмета Y, равном 17,5 мм, освещенность изображения составляет 0,55 от центра поля зрения (Y равен 0 мм), где относительная освещенность максимальна и составляет 1.
На фиг.4 представлен график дисторсии изображения в зависимости от размера предмета. Вертикальная ось Y характеризует величину предмета в мм. Горизонтальная ось D характеризует величину дисторсии изображения в процентах. Из графика видно, что максимальная величина дисторсии изображения составляет 5,2% для края поля зрения 17,5 мм, что позволяет компенсировать положительную дисторсию РЭОПа.
Объектив работает следующим образом: оптическое излучение от предмета 10 последовательно проходит через 1 линзу, апертурную диафрагму 2, диаметр которой определяет относительное отверстие объектива, линзы 3-9 и фокусируются в изображении 11. В качестве приемника изображения может быть применена ПЗС-матрица, фотопленка и т.п.
Удаление отрицательной линзы из первой группы линз до апертурной диафрагмы и выполнение положительной линзы в виде двояковыпуклой позволило, при условии уменьшения поля зрения, упростить перевод объектива в режим работы с конечного расстояния. Выполнение 3 и 4 линз склеенными позволило уменьшить сферохроматическую и сферическую аберрации, введение двух дополнительных положительных линз 6, 7 позволило уменьшить аберрации высших порядков. Выполнение линз 8, 9 из стекол с большой разницей коэффициента Аббе и склеенными позволило уменьшить хроматизм увеличения. Полное отсутствие симметрии и пропорциональности относительно диафрагмы первой и второй групп линз по форме линз и их количеству позволило, даже при коэффициенте линейного увеличения объектива -0,68, получить для края поля зрения остаточную дисторсию отрицательного знака величиной 5,2%. Вся совокупность, форма и последовательность расположения линз позволили исключить асферические поверхности из объектива при обеспечении высокого качества изображения по всему полю зрения.
Благодаря заявляемой конструкции объектива достигнут новый технический результат: отсутствие линз из органического материала и с асферическими радиусами, входящих в объектив, повышена освещенность на краю поля изображения по отношению к центру (0,55), наличие отрицательной дисторсии изображения требуемой величины (-5,2%), обеспечено требуемое качество изображения при работе объектива с предметом, расположенным на конечном расстоянии.
Проекционный объектив, содержащий расположенные последовательно, по ходу оптического излучения от предмета к изображению первую группу линз, апертурную диафрагму и вторую группу линз, причем первая группа линз содержит положительную линзу, обращенную выпуклостью к предмету, первая линза второй группы выполнена отрицательной, обращенной вогнутостью к предмету, вторая линза второй группы выполнена положительной, обращенной выпуклой стороной к изображению, а третья линза второй группы - мениск, обращенный вогнутостью к изображению, отличающийся тем, что первая группа выполнена из одной двояковыпуклой линзы, первая линза второй группы выполнена склеенной из двояковогнутой и двояковыпуклой, вторая линза выполнена в виде положительного мениска, третья линза второй группы выполнена склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, причем между второй и третьей линзой второй группы дополнительно введены две положительные линзы, первая из которых мениск, обращенный вогнутостью к предмету, а вторая - двояковыпуклая, причем все радиусы линз объектива выполнены сферическими, а материал линз - оптическое бесцветное стекло.
