ПРОЕКЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ
PROJECTION LENS

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 светосильный гидрообъектив с вынесенным входным зрачком (А.с. SU 1642426 A1, опубликован 15.04.1991, бюл. №14), содержащий расположенные последовательно, по ходу оптического излучения от предмета к изображению вынесенный перед объективом входной зрачок и шесть линз, первая и третья из которых - положительные мениски, обращенные вогнутостью к предмету, вторая линза - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, четвертая и пятая - двояковыпуклые, а шестая - двояковогнутая, причем пятая и шестая линзы склеены между собой.
Этот объектив обладает следующими преимуществами: вынесенным вперед входным зрачком, достаточной величиной изображения. Однако он обладает недостаточной величиной относительного отверстия, плохим светораспределением в изображении, недостаточным качеством изображения, а также условия его применения - работа с бесконечно удаленными предметами, находящимися в водной среде.
В качестве прототипа выбран объектив с вынесенным входным зрачком по патенту на изобретение (RU 2225628 C2, опубликован 10.03.2004), содержащий расположенные последовательно, по ходу оптического излучения от предмета к изображению четыре оптических компонента, первый из которых - отрицательный по силе, обращен вогнутостью к предмету и склеен из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, второй - двояковыпуклая линза, третий - положительный по силе, обращен вогнутостью к изображению и склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, четвертый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету.
Преимуществами этого объектива являются: большой размер изображения, малые габариты, вынесенный перед объективом входной зрачок.
Недостатками этого объектива являются: низкое отношение освещенности на краю изображения по отношению к освещенности в центре изображения, низкая величина относительного отверстия, величина отрицательной дисторсии, недостаточная для коррекции положительной дисторсии РЭОПа, работа объектива с бесконечно удаленным предметом, наличие, недостаточное качество изображения.
В заявляемом объективе достигается комплексный технический результат: повышение относительного отверстия, улучшение освещенности на краю поля изображения по отношению к центру, в изображении, формируемом объективом, обеспечено наличие отрицательной дисторсии требуемой величины, улучшено качество изображения (увеличено минимальное значение модуляции для любой точки поля зрения на пространственной частоте), обеспечено условие работы объектива с предметом, расположенным на конечном расстоянии.
Технический результат в проекционном объективе, содержащем расположенные последовательно, по ходу оптического излучения от предмета к изображению вынесенный входной зрачок, первый отрицательный компонент, склеенный из двух линз и обращенный вогнутостью к предмету, второй положительный компонент, третий компонент, обращенный вогнутостью к изображению и склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, достигается тем, что первый компонент склеен из отрицательного и положительного менисков, второй компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, третий компонент выполнен отрицательным, а между вторым и третьим компонентом дополнительно введены две положительные линзы, первая из которых - двояковыпуклая, а вторая - мениск, обращенный вогнутостью к изображению.
Сущность изобретения и возможность его промышленного применения поясняется примером конкретного выполнения, который показан 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 9 к изображению 10 объектив содержит последовательно расположенные входной зрачок 1, первый отрицательный компонент, обращенный вогнутостью к предмету и склеенный из отрицательного 2 и положительного 3 менисков, второй компонент 4, выполненный в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, третий отрицательный компонент, обращенный вогнутостью к изображению и склеенный из двух линз двояковыпуклой 7 и двояковогнутой 8, а между вторым компонентом 4 и третьим компонентом 7, 8 расположены две дополнительные положительные линзы, из которых линза 5 - двояковыпуклая, а линза 6 - мениск, обращенный вогнутостью к изображению.
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, 0,7 максимального поля зрения и максимальное поле зрения, причем для 0,7 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 0,7 поля зрения (размер предмета равен 10,5 мм), кривые 3S и 3Т представляют край поля зрения (размер предмета 15 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 15 мм, освещенность изображения составляет 0,91 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 для варианта исполнения объектива. 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 - 3% для края поля зрения 15 мм, что позволяет компенсировать положительную дисторсию РЭОПа.
Объектив работает следующим образом: оптическое излучение от предмета 9 последовательно проходит через входной зрачок 1, определяющий величину относительного отверстия, линзы 2-8 и фокусируются в изображении 10. В качестве приемника изображения может быть применена ПЗС-матрица, фотопленка и т.п.
Выполнение отрицательной линзы, обращенной вогнутостью к предмету, склеенной из отрицательного 2 и положительного 3 менисков, и одновременно линзы, отрицательной по силе, обращенной вогнутостью к изображению, склеенной из двояковыпуклой 7 и двояковогнутой 8, позволило улучшить коррекцию хроматических аберраций, сферическую аберрацию, астигматизм и кривизну поля зрения. Выполнение линзы 4 в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, введение дополнительных положительных линз 5 в виде двояковыпуклой, 6 - в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению, позволило развить относительное отверстие при условии уменьшения аберраций высшего порядка. Вся совокупность описанных действий при одновременном переводе объектива в условия работы в проекции привела к возможности уменьшить виньетирование и, следовательно, улучшить распределение освещенности всего поля изображения и на его краю. При этом был увеличен относительный вынос входного зрачка (отношение удаления входного зрачка от первой линзы к фокусному расстоянию объектива), который составил для прототипа 7/50=0,14, а для заявляемого объектива 5/14,7=0,34.
Благодаря заявляемой конструкции объектива достигнут новый комплексный технический результат: повышено относительное отверстие (от 1:12,38 по прототипу до 1:1,8 по заявляемому решению), улучшена освещенность на краю поля изображения по отношению к центру (от 0,85 по прототипу до 0,91 по заявляемому решению). В изображении, формируемом объективом, обеспечено наличие отрицательной дисторсии требуемой величины (от 1,7% по прототипу до - 3% по заявляемому решению). Улучшено качество изображения (минимальное значение модуляции для любой точки поля зрения на пространственной частоте 65 пар линий/мм 0,13 по прототипу и 0,42 по заявляемому решению). Обеспечено условие работы объектива с предметом, расположенным на конечном расстоянии (параксиальный коэффициент линейного увеличения равен - 0,25).