RU195553U1

RU195553U1 - Вариообъектив

Info

Publication number: RU195553U1
Application number: RU2019123255U
Authority: RU
Inventors: Наталия Ефимовна Кунделева; Татьяна Евгеньевна Емельянова; Виолетта Анриевна Марчик
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 2018-08-16
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2020-01-31

Abstract

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с переменным фокусным расстоянием.Вариообъектив состоит из четырех компонентов. Первый компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, двояковыпуклой линзы, положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, причем его выпуклая поверхность выполнена асферической и отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковогнутой линзы и положительного мениска. Третий компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы и двояковогнутой линзы, положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, и отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, причем эта поверхность выполнена асферической. Четвертый компонент содержит первый положительный двусклеенный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов и состоящий из положительного мениска и отрицательного мениска, двояковыпуклую линзу и второй положительный двусклеенный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и состоящий из отрицательного и положительного менисков. Апертурная диафрагма расположена перед третьим компонентом. Второй, третий и четвертый компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси.Заявляемый вариообъектив обеспечивает увеличение диапазона изменения фокусных расстояний вариообъектива при движении не более трех компонентов, уменьшение относительной длины, получение высокого качества изображений по всему полю во всем диапазоне изменения фокусных расстояний при уменьшении числа асферических поверхностей до трех. 8 ил.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам с переменным фокусным расстоянием и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице.

Известен вариообъектив [1], имеющий небольшую длину, содержащий четыре компонента, причем первый компонент положительный, второй компонент отрицательный, третий компонент положительный и четвертый компонент положительный. Изменение фокусного расстояния и компенсация сдвига плоскости изображения осуществляется при помощи нелинейного движения всех компонентов. Фокусное расстояние второго компонента отвечает следующему неравенству: 1,9<(-f'₂)/f'_w<3,0, где f'₂ - фокусное расстояние второго компонента, f'_w - минимальное фокусное расстояние вариообъектива. Вариообъектив содержит, как минимум, четыре асферические поверхности. Апертурная диафрагма расположена перед третьим компонентом. Объектив имеет диапазон изменения фокусного расстояния 43,5^х и относительное отверстие, которое изменяется от 1:2,9 до 1:6,13.

Недостатком вариообъектива является невысокое относительное отверстие для максимального фокусного расстояния, а также большой диапазон перемещения первого компонента: более 40 мм, что вызывает определенные трудности для решения проблемы гермитизации вариообъектива.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по техническому решению является объектив с переменным фокусным расстоянием [2], предназначенный для использования в видеокамерах и фотографических камерах. Вариообъектив содержит пять компонентов: первый положительный компонент, второй отрицательный компонент, третий положительный компонент, четвертый отрицательный компонент и пятый положительный компонент. Изменение фокусного расстояния и фокусировка в единую плоскость изображений производится нелинейным перемещением всех компонентов. Первый компонент содержит двусклеенную линзу, содержащую отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, и двояковыпуклую линзу, и положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент содержит три одиночные линзы: две двояковогнутые и одну двояковыпуклую линзы, причем обе поверхности второй двояковогнутой линзы выполнены асферическими. Третий компонент содержит двояковыпуклую линзу, двусклеенную линзу, состоящую из положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображениий и отрицательного мениска, и двояковыпуклую линзу. Обе поверхности первой линзы третьего компонента и выпуклая поверхность последней линзы этого компонента, обращенная к пространству изображений выполнены асферическими. Четвертый компонент содержит одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображениий. Обе поверхности мениска четвертого компонента выполнены асферическими. Пятый компонент содержит одиночную двояковыпуклую линзу, причем ее поверхность, обращенная к пространству предметов, выполнена асферической. Апертурная диафрагма расположена перед третим компонентом. Недостатками прототипа являются недостаточно большой диапазон изменения фокусного расстояния 10,3^х, который обеспечивается перемещением всех пяти компонентов, а также относительно большая длина, составляющая не менее l,25f'_max, где f'_max - максимальное фокусное расстояние вариообъектива, а также наличие не менее пяти асферических поверхностей для получения высокого качества изображения.

Задачей полезной модели является увеличение диапазона изменения фокусных расстояний вариообъектива при движении не более трех компонентов, уменьшение относительной длины, получение высокого качества изображений по всему полю во всем диапазоне изменения фокусных расстояний при уменьшении числа асферических поверхностей до трех.

Вариообъектив содержит четыре компонента, установленные на оптической оси, первый и третий компоненты которого положительные, второй компонент-отрицательный, и апертурную диафрагму, расположенную перед третьим компонентом, при этом первый компонент содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент содержит две отрицательные линзы и положительную линзу, третий компонент содержит две одиночные линзы, одна из которых положительная, и двусклеенную линзу, причем второй, третий и четвертый компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, в отличие от прототипа, первый компонент установлен на оптической оси неподвижно, его отрицательный мениск и двояковыпуклая линза разделены воздушным промежутком, при этом выпуклая поверхность отрицательного мениска выполнена асферической, во втором компоненте первая отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, а его выпуклая поверхность выполнена асферической, вторая отрицательная линза выполнена двояковогнутой, положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, при этом вторая отрицательная линза и положительная линза этого компонента склеены между собой, в третьем компоненте двусклеенная линза расположена за апертурной диафрагмой и состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, одиночная положительная линза расположена за двусклеенной линзой и выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, вторая одиночная линза выполнена в виде отрицательного мениска, вогнутая поверхность которого выполнена асферической и обращена к пространству изображений, четвертый компонент выполнен положительным и содержит первый положительный двусклеенный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов и состоящий из положительного и отрицательного менисков, двояковыпуклую линзу и второй положительный двусклеенный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и состоящий из отрицательного и положительного менисков, при этом в четвертом компоненте двояковыпуклая линза и второй двусклеенный мениск разделены воздушным промежутком, составляющим не менее 0,2 фокусного расстояния этого компонента, а сумма оптических сил всех компонентов вариообъектива не превышает 0,006 мм^-1 по абсолютной величине.

Введение воздушного промежутка между отрицательным мениском и двояковыпуклой линзой в первом компоненте и выполнение выпуклой поверхности отрицательного мениска асферической позволяет исправить аберрации осевого пучка во всем диапазоне изменения фокусных расстояний.

Выполнение первой отрицательной линзы второго компонента в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, выпуклая поверхность которого асферическая, а также то, что вторая и третья линзы этого компонента склеены между собой, позволяет исправить аберрации широких наклонных пучков и хроматизм увеличения.

Выбор конструкции третьего компонента содержащей двусклеенную линзу, и два одиночных мениска, один из которых положительный, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, а второй - отрицательный, вогнутая поверхность которого обращена к пространству изображений и выполнена асферической, позволил исправить осевые аберрации и сферохроматизм.

Выбор конструкции четвертого компонента, состоящей из положительного двусклеенного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, двояковыпуклой линзы и положительного двусклееного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и расстояния между двояковыпуклой линзой и второй двусклеенной линзой не менее 0,2 фокусного расстояния четвертого компонента, обеспечил исправление астигматизма и хроматизма увеличения во всем диапазоне изменения фокусных расстояний.

Для обеспечения высокого качества изображения по всему полю зрения и во всем диапазоне изменения фокусных расстояний сумма оптических сил всех компонентов выбирается близкой к 0, а именно не более 0,006 мм^-1 по абсолютной величине, что позволяет автоматически исправить кривизну изображения.

Выбор фокусных расстояний компонентов, выбор закона движения второго, третьего и четвертого компонентов при неподвижном первом компоненте позволил увеличить диапазон изменения фокусных расстояний при уменьшении относительной длины вариообъектива.

Предлагаемый вариообъектив работает в спектральном диапазоне λ=(430-650) нм, фокусное расстояние объектива изменяется в пределах от 11,35 мм до 196,8 мм, относительное отверстие 1:3,8…1:4, угол поля зрения (по горизонтали) 53,7°…3°. Расчетные полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) на пространственной частоте N=90mm^_1, для точки на оси не ниже 0,39, для края поля зрения не ниже 0,3 во всем диапазоне изменения фокусных расстояний.

На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого вариообъектива.

На фиг. 2 приведены конструктивные параметра линз объектива и характеристики стекол, где R-радиусы кривизны поверхностей линз, D-расстояния между поверхностями линз, n_e-показатель преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), v-число Аббе для линии е.

На фиг. 3 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси для максимального фокусного расстояния f'=196,8 мм.

На фиг. 4 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=3° для максимального фокусного расстояния f'=196,8 мм.

На фиг. 5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси для минимального фокусного расстояния f'=11,35 мм.

На фиг. 6 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=53°,7 для минимального фокусного расстояния f'=11,35 мм.

На фиг. 7 приведен график относительной дисторсии для максимального фокусного расстояния f'=l96,8 мм.

На фиг. 8 приведен график относительной дисторсии для минимального фокусного расстояния f'=11,35 мм.

Вариообъектив (фиг. 1) состоит из четырех компонентов. Первый компонент состоит из отрицательного мениска 1, выпуклая поверхность которого выполнена асферической, а вогнутая поверхностью обращена к пространству изображений, двояковыпуклой линзы 2, положительного мениска 3, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Компонент положителен и неподвижен. Фокусное расстояние компонента 96,7 мм.

Второй компонент содержит отрицательный мениск 4, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, причем его выпуклая поверхность выполнена асферической, и отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковогнутой линзы 5 и положительного мениска 6. Фокусное расстояние компонента -16,64 мм. Второй компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси и этим перемещением достигается изменение фокусного расстояния вариообъектива.

Третий компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы 7 и двояковогнутой линзы 8, положительный мениск 9, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, и отрицательный мениск 10, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, причем эта поверхность выполнена асферической. Фокусное расстояние третьего компонента равно 61,88 мм. Третий компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси и это перемещение обеспечивает уменьшение удаления входного зрачка от первой поверхности первого компонента, что позволяет получить меньшие продольные габариты первого компонента при больших углах поля зрения.

Четвертый компонент содержит первый положительный двусклеенный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов и состоящий из положительного мениска 11 и отрицательного мениска 12, двояковыпуклую линзу 13 и второй положительный двусклеенный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и состоящий из отрицательного мениска 14 и положительного мениска 15. Четвертый компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси и его фокусное расстояние равно 35,81 мм. Расстояние между двояковыпуклой линзой 13 и вторым двусклеенным мениском 14,15 равно 7,9 мм, что составляет 0,22f'₄, где f'₄- фокусное расстояние четвертого компонента.

Апертурная диафрагма 17 расположена перед третьим компонентом.

Вариообъектив работает со светофильтром 16, выделяющим спектральный диапазон (430…650) нм.

Изменение фокусного расстояния объектива осуществляется при движении второго компонента на 66,4 мм. Перемещение третьего компонента на 13,5 мм обеспечивает удаление входного зрачка вариообъектива на 44,5 мм от первой поверхности линзы 1, при этом диаметр первого компонента не превышает 55 мм. Четвертый компонент движется возвратно-поступательно с максимальной длиной хода 18,94 мм и обеспечивает неподвижность плоскости изображения при изменении фокусного расстояния вариообъектива. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения 185 мм, что составляет 0,94f'max, где f'max - максимальное фокусное расстояние объектива.

В предлагаемой конструкции объектива сумма оптических сил компонентов:

Ф=ϕ₁+ϕ₂+ϕз+ϕ₄=-0.0057 мм^-1

где ϕ1, ϕ₂, ϕ₃, ϕ₄ - величины обратные фокусным расстояниям компонентов, что позволяет исправить кривизну изображения по всему полю.

Вариообъектив имеет следующие характеристики:

- фокусное расстояние, мм	11,35…196,78
- относительное отверстие	1:3,98…1:4
- поле зрения 2W, град	53,7×29,9…3×1,72

При фокусном расстоянии f'=196,78 мм сферическая аберрация составляет 0,002 мм, сферохроматизм не более 0,02 мм для спектрального диапазона (430-650) нм, астигматизм не более 0,02 мм, относительная дисторсия 1,39%, аберрации широких пучков не более 0,035 мм.

При фокусном расстоянии f'=11,35 мм сферическая аберрация не более 0,004 мм, сферохроматизм не более 0,0072 мм, астигматизм не более 0,05 мм, относительная дисторсия -8,15%, аберрации широких пучков не более 0,03 мм. Значения аберраций приведены в единой плоскости изображения. Такое исправление аберраций позволило получить высокие значения полихроматических коэффициентов передачи модуляции: на пространственной частоте N=90 мм^-1 для точки на оси не ниже 0,39, для края поля зрения не ниже 0,3 во всем диапазоне изменения фокусных расстояний.

Таким образом, предложенный вариообъектив имеет 17,3^х диапазон изменения фокусных расстояний по сравнению с 10,3^х у прототипа, причем этот диапазон обеспечивается движением трех компонентов, в прототипе перемещаются все пять компонентов. Относительная длина вариообъектива сокращена с 1,25f'_max до 0,94f'_max. Высокое качество изображений по всему полю во всем диапазоне изменения фокусных расстояний достигается выбором конструкции компонентов, их оптических сил, причем число асферических поверхностей уменьшено до трех.

Источники информации

1. US №9140882 В2 (Nikon Corporation, Chiyoda-ku, Tokyo), публикация 22.09.2015.

2. US №9188770B2 (Olimpus Imaging corp., Olimpus corporation, Tokyo), публикация 17.11.2015, фиг. 1A, 1Б, 1С, пример 1 - прототип.

Claims

Вариообъектив, содержащий четыре компонента, установленные на оптической оси, первый и третий компоненты которого положительные, второй компонент отрицательный, и апертурную диафрагму, расположенную перед третьим компонентом, при этом первый компонент содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент содержит две отрицательные линзы и положительную линзу, третий компонент содержит две одиночные линзы, одна из которых положительная, и двусклеенную линзу, причем второй, третий и четвертый компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, отличающийся тем, что первый компонент установлен на оптической оси неподвижно, его отрицательный мениск и двояковыпуклая линза разделены воздушным промежутком, при этом выпуклая поверхность отрицательного мениска выполнена асферической, во втором компоненте первая отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, а его выпуклая поверхность выполнена асферической, вторая отрицательная линза выполнена двояковогнутой, положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, при этом вторая отрицательная линза и положительная линза этого компонента склеены между собой, в третьем компоненте двусклеенная линза расположена за апертурной диафрагмой и состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, одиночная положительная линза расположена за двусклеенной линзой и выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, вторая одиночная линза выполнена в виде отрицательного мениска, вогнутая поверхность которого выполнена асферической и обращена к пространству изображений, четвертый компонент выполнен положительным и содержит первый положительный двусклеенный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов и состоящий из положительного и отрицательного менисков, двояковыпуклую линзу и второй положительный двусклеенный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и состоящий из отрицательного и положительного менисков, при этом в четвертом компоненте двояковыпуклая линза и второй двусклеенный мениск разделены воздушным промежутком, составляющим не менее 0,2 фокусного расстояния этого компонента, а сумма оптических сил всех компонентов вариообъектива не превышает 0,006 мм^-1 по абсолютной величине.