CZ303800B6 - Objektiv s promennou ohniskovou vzdáleností - Google Patents

Abstract

Optická soustava objektivu má promennou ohniskovou vzdálenost a pri její zmene je zachována konstantní vzdálenost (D) mezi predmetovým ohniskem (F) a obrazovým ohniskem (F´). Pocet clenu (1, 2, 3, 4) optické soustavy objektivu je tri nebo ctyri, pricemz kazdý clen (1, 2, 3, 4) objektivu muze být vytvoren z nekolika optických prvku, jako jsou cocky, zrcadla nebo difrakcní elementy. Tohoto cíle se pri zvolené pozadované konstantní vzdálenosti (D) a známých lámavostech (.fi..sub.i.n.) optických prvku a lámavosti (.fi.) celé soustavy dosáhne zmenami vzdálenosti (d.sub.i.n.) mezi jednotlivými optickými cleny (1, 2, 3, 4).

Description

(57) Anotace:

Optická soustava objektivu má proměnnou ohniskovou vzdálenost a při její změně je zachována konstantní vzdálenost (D) mezi předmětovým ohniskem (F) a obrazovým ohniskem (F'). Počet členů (1,2, 3, 4) optické soustavy objektivuje tři nebo čtyři, přičemž každý člen (1, 2, 3, 4) objektivu může být vytvořen z několika optických prvků, jako jsou čočky, zrcadla nebo difřakční elementy. Tohoto cíle se při zvolené požadované konstantní vzdálenosti (D) a známých lámavostech (ýj optických prvků a lámavosti (φ) celé soustavy dosáhne změnami vzdálenosti (d,) mezí jednotlivými optickými členy (1,2,3, 4).

O

s		I	I	3 7	*
ί		1	f	í
*· ·—	,F . ,
I 1		4,	* 1		j
1				j

Objektiv s proměnnou ohniskovou vzdáleností

Oblast techniky

Vynález se týká objektivu s proměnnou ohniskovou vzdáleností, tzv. pankreatického objektivu, kteiý má konstantní vzdáleností mezi svým předmětovým a obrazovým ohniskem.

Dosavadní stav techniky

V současné době jsou k dispozici objektivy proměnnou ohniskovou vzdáleností, pankratické objektivy, které však nemají konstantní vzdálenosti mezi svým předmětovým a obrazovým ohniskem, nýbrž se tato vzdálenost se změnou ohniskové vzdálenosti objektivu mění. Jejich nevýhodou je, že je nelze použít v optických systémech pro zpracování informace a v optických měřicích systémech majících telecentrický chod paprsků jak na straně předmětové, tak i na straně obrazové.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje objektiv s proměnnou ohniskovou vzdáleností podle předkládaného vynálezu. Jeho podstatou je, že jeho optická soustava je tvořena třemi optickými členy, které ležící na společné optické ose a vzdálenost mezi předmětovým a obrazovým ohniskem této optické soustavy je při změně ohniskové vzdálenosti objektivu konstantní. První až třetí optický člen mají dále lámavosti φ_)? φ₂, φ₃ a lámavost celé optické soustavy je φ. Vzdálenost d, mezi prvním a druhým optickým členem a vzdálenost d₂ mezi druhým a třetím optickým členem je měnitelná v závislosti na lámavosti celé optické soustavy a zvolených lámavostech jednotlivých optických členů a na zvolené vzdálenosti D mezi předmětovým a obrazovým ohniskem aje dána vztahy

- δ + γ(ά₃ + dfl-a = yD a

χ = -φ, kde α = d,d₂(pyp₂ ~ά₂(φ_} + ^)-^,^,+1, γ - ~[ά_λά₂φ_λφ₂φ₃-0₂φ₃(φ₃ + φ₂)~δ_ιφ₁(φ₂ +φ₃) + φ_ί +φ₂ + ρ₃], δ = ά_λά₂φ₂φ₃ -dfip₂ + φ₃)-ά₂φ₃ +1.

V druhém provedení je objektivem s proměnnou ohniskovou vzdáleností tvořen optickou soustavou, která má čtyři optické členy ležící na společné optické ose a opět vzdálenost D mezi předmětovým a obrazovým ohniskem této optické soustavy je při změně ohniskové vzdálenosti objektivu konstantní. Optické členy mají dané lámavosti φ,, φ₂, φ₃ a φ₄ a lámavost celé optické soustavy je φ. Jedna vzdálenost mezi kterýmikoli dvěma optickými členy je pevně zvolená.

- 1 CZ 303800 B6

Zbývající dvě vzdálenosti jsou měnitelné v závislosti na lámavosti celé optické soustavy, na zvolených lámavostech jednotlivých optických členů a na zvolené vzdálenosti mezi předmětovým a obrazovým ohniskem této optické soustavy a jsou dány vztahy

- δ + γ(ά_λ + d₂+d₃)~a = /D, a

γ = -φ, kde a = φ_λφ₂δ_λά₂ - φ_λά₂ - φ_χά₃ - <p₂d₂ - φ₂ά₃ - φ₃ά₃ - φ_χά_χ + φ_χφ₂ά_χά₃ + <p_x(p₃d_xd₃ + φ_χφ₃ά₂ά₃ + φ₂φ₃ά₂ά₃ - φ_χφ₂φ₃ά_χά₂ά₃ +1 = - (φ, + φ₂ + φ₃ + φ₄) + φ_χφ₃ά_χ + φ_χφ₃ά₂ + φ_χφ^_χ + φ_λφ^₂ + φ₂φ₃ά₂ +

WPtff + ¢^2 + + ^3^4^3 - ^1^2^3^1^2 ~ ~ “ , ^3^1^3-^3^4^2^3 -φ2φ/ΡΑ₂ά₃4·φ_λφ₂φ₃φΑ_χά₂ά₃ δ = (p₂(p₃d_xd₂ - (p₃d_x - <p₃d₂ - φ^ά_χ - (p^d₂ - φ„ά₃ - φ₂ά_χ + (p₂(fad_xd₂ + φ₂φΝ_χά₃ + <M>A^d3 + φ₃φ,ά₂ά₃ - <p₂(p₃<pfl_xd₂d₃ +1

V obou výše uvedených provedeních může být každý z optických člen vytvořen z několika čoček a/nebo zrcadel a/nebo difrakčních elementů.

Podstatou vynálezu je tedy v obou případech objektiv s proměnnou ohniskovou vzdáleností, tedy pankratický objektiv, který má konstantní vzdáleností mezi svým předmětovým a obrazovým ohniskem.

Výhodou uvedeného řešení je, že vzdálenost mezi svým předmětovým a obrazovým ohniskem zůstává, při změně ohniskové vzdálenosti objektivu, konstantní.

Objasnění výkresu

Objektiv s proměnnou ohniskovou vzdáleností a s konstantní vzdáleností mezi svým předmětovým a obrazovým ohniskem v obou předkládaných provedeních je uveden na Obr. 1 a Obr. 2.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na Obr. 1 je příkladně znázorněno jedno z možných řešení tohoto objektivu, a objektiv tvořený čtyřmi optickými členy, umístěnými na společné optické ose. Jedná se o první optický člen i, který má lámavost druhý optický člen 2 mající lámavost ($2, třetí optický člen 3 s lámavosti g)₃ a čtvrtý optický člen 4 s lámavosti ¢4. Lámavost celé optické soustavy je <g. Mezi předmětovým ohniskem F a obrazovým ohniskem Fý této optické soustavy je δ vzdálenost D, která je předem

-2CZ 303800 B6 zvolená a je při změně ohniskové vzdálenosti objektivu konstantní. Bod A‘ je obrazem bodu A a spojnice těchto bodů je optická osa optické soustavy.

Význam dalších symbolů uvedených na Obr. 1 je následující gje rovina, ve které se nachází zobrazovaný předmět, tedy předmětová rovina a je rovina, ve které se nachází obraz předmětu vytvořený objektivem, tedy obrazová rovina. Vzdálenost předmětu od prvního optického členu I objektivu je označena jako s, 7 značí vzdálenost obrazu od posledního, zde tedy čtvrtého optického členu 4 objektivu, sg značí vzdálenost předmětového ohniska F od prvního optického členu 1 objektivu a sf značí vzdálenost obrazového ohniska FJ od posledního, čtvrtého optického členu 4 objektivu. Dále jsou zde vyznačeny vzdálenosti mezi jednotlivými optickými prvky objektivu, a to d₂ mezi prvním optickým členem 1 a druhým optickým členem 2, d? mezi druhým optickým členem 2 a třetím optickým členem 3 a d₂ mezi třetím optickým členem 3 a čtvrtým optickým členem 4. Jedna z těchto vzdáleností mezi kteiýmikoli dvěma sousedními optickými členy (1, 2), (2, 3), (3, 4) je pevně zvolená a zbývající dvě vzdálenosti jsou měnitelné v závislosti na lámavosti 2 celé optické soustavy, na zvolených lámavostech φ^, φ₂, (th, (P4 jednotlivých optických členů 1, 2, 3, 4 a na zvolené vzdálenosti D. Změnou vzdálenosti těchto d_L, d₂, a dj se dosáhne změny ohniskové vzdálenosti objektivu složeného ze čtyř optických členů, přičemž vzdálenost D mezi ohnisky tohoto objektivu zůstane konstantní.

Za účelem zjištění vzájemných vzdáleností jednotlivých optických členů objektivu jsou zavedeny následující veličiny:

σ = φ_χφ₂ά_χά₂ - φ_χά₂ - <p_xd₃ - φ₂ά₂ - φ₂ά₃ - φ₃ά₃ - φ_χά_χ + φ_χφ₂ά_χά₃ + φ_χφ₂ά_χά₃ + φ_χφ₃ά₂ά₃ + φ₂φ₃ά₂ά₃ - φ_χφ₂φ₃ά_χά₂ά₃ +1 > V / = -(^1+^2+(03+^4) + PlM + <Ρ_Χ<ΡΑ + (01(04^1 + ΨχψΝΐ + ^3^2 + <Ρ\<ΡΑ + + φ₃φ_Αά₃ - φ_χφ₂φ₃ά_χά₂ - φ_χφ₂φ_Αά_χά₂ - φ_χφ₂φ_Αά_χά₃ - , (2) φ_χφ₃φ_Αά_χά₃ -ψ_χΨ3φ^₂ά₃-φ₂φ₃φ_Αά₂ά₃Αφ_χφ₂φ₃φ_Αά_χά₂ά₃ δ = φ₂φ₃ά_χά₂ - φ₃ά_χ - φ₃ά₂ - φ_Αά_χ - <p_Ad₂ - φ_Αά₃ - φ₂ά_χ + φ₂φ_Αά_χό₂ + φ₂φ_Αά_χά₃ + (03(04^ι^3 + <WAd₃ - φ₂φ₃φ_Αά_χά₂ά₃ + 1 . (3) kde (gi 0 ⁼ 3,7, 3, 4) značí lámavosti jednotlivých členů objektivu, dj<(k = 1, 2, 3) značí vzdálenosti mezi jednotlivými členy objektivu a (g značí celkovou lámavost objektivu. Zvolí-li se hodnoty lámavosti g>, (i = 1, 2, 3, 4) jednotlivých členů objektivu, celková lámavost objektivu q>, vzdálenost D mezi předmětovým ohniskem F a obrazovým ohniskem FJ objektivu a jedna ze vzdáleností dk (k = 1,2,3), potom zbývající dvě vzdálenosti se určí řešením rovnic (4) a (5)

-^ + /(^,+^2+^)-^ = /7), (4) / = -(0, (5) kde veličiny a, γ a δ jsou dány vztahy (1), (2) a (3).

Na Obr. 2 je případně znázorněno další možné řešení tohoto objektivu a to objektiv tvořený třemi optickými členy, tedy prvním optickým členem I, druhým optickým členem 2 a třetím optickým členem 3, které leží na společné optické ose. Význam jednotlivých symbolů je stejný jako na

Obr. 1.

-3CZ 303800 B6

Vynechá-li se ve výše uvedené optické soustavě jeden, kterýkoli optický člen, například čtvrtý optický člen 4, tedy to znamená, že se ve vztazích (1)-(5) lámavost (j>4 čtvrtého optického členu 4 položí rovna nule a rovněž tak je nulová i vzdálenost d₃ mezi třetím optickým členem 3 a čtvrtým optickým členem 4, tedy optická soustava se redukuje na tříčlennou, pak vztahy platné pro tříčlennou optickou soustavu jsou α = <ή49ι9₂ Ά(9ι⁺9₂)A9i⁺ú (θ) γ = -[<ή</₂φ,φ₂9₃ ~ 4>9₃ (9. + 9₂) “ 4Ψι (9₂ + 9₃) + 9ι + 9₂ + 9₃ ], (⁷) δ = ί/,ί7₂φ₂φ₃-ί/,(φ₂+φ₃)-<ί₂φ₃+1, (8)

Při volbě hodnot lámavostí φ; (z = 1, 2, 3) jednotlivých optických členů I, 2, 3 objektivu, celkové lámavosti 9 objektivu a vzdálenost D mezi předmětovým ohniskem F a obrazovým ohniskem F objektivu, potom zbývající dvě vzdálenosti dk (k = 1,2), se získají řešením rovnic (9) a (10)

-<S + y(4 + í/₂)-a = /Z), (9) = -φ, Οθξ kde veličiny a, γ a δ jsou dány vztahy (6), (7) a (8). Úpravou vztahů (9) a (10) se pro výpočet vzdálenosti ó/₂ a d/ získají rovnice (11) a (12). Vzdálenost d₂ se určí z rovnice (11) dl(A₃B_t -4Λ) + d₂\A₄(A₂-A₃-Bj + A_lB₂]+Al~A₂B₂=Q, (¹¹) kde veličiny v rovnici (11) jsou dány jako

4=9i9₂9₃, 4=9i(9₂+9₃)> 4=9₃(9i+9₂). ^4=^-9.

P = 9i+9₂+9₃, 4=9i9₂+9₂9₃, 4=2-9/), a vzdálenost di se určí z rovnice (12) = (A₂ -d₂A_})/(A₄ -d₂A₃) (12)

Takto je zabezpečeno, že při změně ohniskové vzdálenosti objektivu zůstává vzdálenost D mezi předmětovým ohniskem F a obrazovým ohniskem F dané optické soustavy konstantní. Je samozřejmé, že každý z optických členů v obou provedeních může být vytvořen z několika čoček a/nebo zrcadel a/nebo difrakčních elementů.

Průmyslová využitelnost

Optická soustava podle vynálezu najde uplatnění v oblasti průmyslové metrologie a v systémech pro optické zpracování informace.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Objektiv s proměnnou ohniskovou vzdáleností, vyznačující se tím, že jeho optická soustava je tvořena třemi optickými členy (1, 2, 3) ležícími na společné optické ose a vzdálenost (D) mezi předmětovým ohniskem (F) a obrazovým ohniskem (F‘) této optické soustavy je při změně ohniskové vzdálenosti objektivu konstantní, a kde první optický člen (1) má lámavost (φι), druhý optický člen (2) má lámavost (φ₂), třetí optický člen (3) má lámavost (φ₃) a lámavost celé optické soustavy je (φ), přičemž vzdálenost (di) mezi prvním optickým členem (1) a druhým optickým členem (2) a vzdálenost (d₂) mezi druhým optickým členem (2) a třetím optickým členem (3) je měnitelná v závislosti na lámavosti (φ) celé optické soustavy, na zvolených lámatovstech (φ,, φ₂, φ₃) jednotlivých optických členů (1,2, 3) a na zvolené vzdálenosti (D) je dána vztahy

   -δ+χ(ά_χ +d₂)- a = yD a

   7 = -p, kde a = d_}d₂(p_](p₂-d₂(<p_x + φ₂)-δ_χφ_χ +1,

   7 č₂ φ₃ (φ_χ + φ₂) ά_χφ_χ(φ₂ + φ₂) + φ_χ +φ₂ +φ₃], δ = ά_χά₂φ₂φ₃ - d_x (φ₂ + φ₃) - rf_2Íz>₃ +1.
2. 2. Objektiv s proměnnou ohniskovou vzdáleností, vyznačující se tím, že jeho optická soustava je tvořena čtyřmi optickými členy (1, 2, 3, 4) ležícími na společné optické ose a vzdálenost (D) mezi předmětovým ohniskem (F) a obrazovým ohniskem (F‘) této optické soustavy je při změně ohniskové vzdálenosti objektivu konstantní, a kde první optický člen (1) má lámavost (<pi), druhý optický člen (2) má lámavost (φ₂), třetí optický člen (3) má lámavost (φ₃), čtvrtý optický člen (4) má lámavost (φ₄) a lámavost celé optické soustavy je (φ), přičemž jedna vzdálenost (d_k), kde k = 1, 2, 3, mezi kterýmikoli dvěma optickými členy (1, 2), (2,
3. 3), (3,
4. 4) je pevně zvolená a zbývající dvě vzdálenosti jsou měnitelné v závislosti na lámavosti (φ) celé optické soustavy, na zvolených lámavostech (φ_]? φ₂, φ₃, φ₄) jednotlivých optických členů (1, 2, 3,4) a na zvolené vzdálenosti (D) a jsou dány vztahy

   - δ + y(d_x +d₂+d_J)-a = yD, a

   γ = -φ, kde

   -5CZ 303800 B6 a = <p,p₂d,d₂ - <p_}d₂ -φ_}ά₃- φ₂ά₂ - φ₂ά₃ -φ₃ά₃ - φ_}ά_} + φ_}φ₂ά_χά₃ + φ_χφ₃ά_χά₃ + (p_xcp₃d₂d₃ + (p₂(p₃d₂d₃ (p_x(p₂(p₃d_xd₂d₃ +1

   7 = ΦχφΑ -(^+^+^+φΔ+ΦχΦΑ+ΦχφΆί+φ/ρΑ+Φ\φΑ++ ΦχφΑ + Φ/ΡΑ + Φτ,ΦΑ + Ψ/ρΑ₃ - φ_λφ₂φ₃ά_λά₂ - φ_λφ₂φΑΑ ~ <P\<Pi<Pfl_xd₃ - , Ψ\Ρ/Ρ/Ι_χά₃ — φ_χφ₃φ^ά₂ά₃ — φ₂φ₃φ_/χά₂ά₃ + φ_λφ₂φ₃φ_/χά_χά₂ά₃ δ — <p₂(p₃d_xd₂ φ₃ά_χ ψΌι φΑχ ΦΑϊ ΦΑϊ ΨτΝ\ + Φ₂Φύά\ά₂ + φ₂φ_Λά_χά₃ + (p₃(pfl_}d₃ + φ₃φ^ά₂ά₃ - φ₂φ₃φΑ_λά₂ά₃ +1
5. 5 3. Objektiv s proměnnou ohniskovou vzdáleností podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že každý z optických členů (1, 2, 3) respektive (1, 2, 3, 4) je vytvořen z několika čoček a/nebo zrcadel a/nebo difrakčních elementů.