ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК G02B7/04 

Изобретение относится к оптическим устройствам, а более конкретно к оптическим устройствам, снабженным объективом с переменным фокусным расстоянием.

Как известно, в оптическом устройстве, где применяется объектив с переменным фокусным расстоянием (ОПФ), как правило, имеются две группы линз, которые во время работы с переменой фокусного расстояния можно перемещать по отношению друг к другу вдоль их общей продольной оси. Для того, чтобы предотвратить попадание света в пространство между двумя группами линз, между этими группами в подобных случаях вводят элементы, не пропускающие свет.

Известно оптическое устройство, являющимся ближайшим аналогом оптического устройства по первому варианту, содержащее первую, вторую и третью группы линз, расположенные на общей продольной оси, устройство для перемещения, по крайней мере, одной из групп линз вдоль продольной оси между их сближенным и удаленным положениями, и упругий элемент, установленный между группами линз с возможностью поддержания расстояния между ними, выполненный в виде по крайней мере трех гибких связей, расположенных в пространстве между линзами вместе с чередующимися гибкими и жесткими кольцами [1]
Наиболее близким к оптическому устройству по второму варианту является оптическое устройство, содержащее первую группу линз, установленную в первой оправе, вторую группу линз, установленную на общей продольной оси с первой группой линз во второй оправе, которая установлена телескопически в первой оправе с возможностью перемещения относительно нее, и не пропускающее свет устройство, расположенное между группами линз и выполненное в виде цилиндрического светового экрана [2]
Цель изобретения создание для оптического устройства с ОПФ такого светонепроницаемого элемента, который имел бы компактную конструкцию.

Другая цель изобретения состоит в том, чтобы создать такой светонепроницаемый элемент, который был бы в состоянии не пропускать падающий свет, поддерживая в то же время две относительно подвижные группы линз на определенном удалении друг от друга.

Еще одна цель изобретения заключается в том, чтобы создать оптическое устройство с ОПФ, снабженным таким светонепроницаемым элементом, который можно было бы выдвигать в осевом направлении, сохраняя взаимное положение других элементов во время работы с переменой фокусного расстояния.

Следующая цель изобретения состоит в том, чтобы создать такое оптическое устройство с ОПФ, конструкция которого проста и позволяет эффективно использовать пространство, поскольку в нем один элемент используется для выполнения двух функций.

Указанные цели могут быть достигнуты за счет того, что в оптическом устройстве, содержащем первую и вторую группы линз, расположенные на общей продольной оси, устройство для их перемещения вдоль продольной оси между их сближенным и удаленным положениями и упругий элемент, установленный между группами линз с возможностью поддержания расстояния между ними, упругий элемент выполнен в виде не пропускающего свет в пространство между группами линз устройства и представляет собой спирально свернутую ленту, установленную с возможностью растяжения из сжатого состояния, причем в растянутом состоянии концентрично расположенные витки спирали частично перекрывают друг друга.

При этом внутренний виток спирально свернутой ленты может быть скреплен с первой группой линз, а наружный виток с второй группой линз, а спирально свернутая лента в ее развернутом плоском состоянии содержит пару параллельных продольных кромок и пару поперечных кромок, расположенных под некоторым углом к продольной кромке, при этом у каждого конца ленты может быть выполнена дополнительная кромка, расположенная перпендикулярно соответствующей поперечной кромке и доходящая до одной из продольных кромок ленты.

Целесообразно, чтобы витки спирально свернутой ленты в ее сжатом состоянии были расположены один в другом, а общая осевая длина спирально свернутой ленты не превышала осевую длину одного из витков, а на спирально свернутую ленту было нанесено покрытие из материала, не отражающего свет.

В устройство могут быть введены первая оправа для монтажа в корпус камеры и вторая оправа, телескопически установленная в первой оправе с возможностью перемещения относительно нее, причем первая и вторая группы линз установлены соответственно в первой и второй оправах, а дополнительно введенный затвор может быть установлен внутри первой оправы коаксиально с первой и второй группами линз, которые могут быть установлены во введенных первом и втором держателях. Кроме того, поставленные цели могут быть достигнуты за счет того, что в оптическом устройстве, содержащем первую группу линз, установленную в первой оправе, вторую группу линз, установленную на общей продольной оси с первой группой линз во второй оправе, телескопически установленной в первой оправе с возможностью перемещения относительно нее, и не пропускающее свет устройство, установленное между двумя группами линз, устройство, не пропускающее свет, выполнено упругим с возможностью упругого сжатия от его растянутого состояния.

При этом устройство, не пропускающее свет, может быть выполнено в виде спирально свернутой ленты, которая содержит концентрические витки, внутренний из которых скреплен с первой группой линз, а наружный с второй группой линз, причем в сжатом состоянии витки спирально свернутой ленты расположены один в другом, а в растянутом состоянии они частично перекрывают друг друга.

Эти и другие преимущества настоящего изобретения становятся более очевидными из последующего подробного описания изобретения, рассмотренного в сочетании с сопровождающими его рисунками.

На фиг. 1 изображено осевое сечение оптического устройства, где применен выполненный в соответствии с настоящим изобретением элемент, не пропускающий свет; на фиг. 2 в развернутом состоянии лента, из которой формируется светонепроницаемый элемент; на фиг. 3 перспективная проекция спирально свернутой ленты в растянутом состоянии; на фиг. 4 осевое сечение спирально свернутой ленты, изображенной на фиг. 3; на фиг. 5 вид оптического устройства, изображенного на фиг. 1, в виде осевого сечения в состоянии с выдвинутой системой перемены фокусного расстояния объектива.

Как показано на фиг. 1, оптическое устройство сконструировано из расчета установки, например, в корпусе камеры, оно содержит оправу линз объектива, предназначенную для вращательного движения 20, рассчитанную на крепление к корпусу камеры таким образом, чтобы ее можно было поворачивать по часовой стрелке или против часовой стрелки с помощью соответствующих устройств (не показаны). В оправе для вращательного движения 20 телескопически установлена оправа линейного перемещения линз объектива 22, предназначенная для линейного перемещения относительно оправы для линейного перемещения 20 в порядке реакции на поворот оправы 20. Такое действие механизма изменения фокусного расстояния уже известно и не нуждается в дальнейших пояснениях.

В оправе для линейного перемещения 22 предусмотрен первый держатель 26, который жестко укреплен на переднем конце оправы и в котором установлена первая группа линз 38. Кроме этого, имеется второй держатель 28, который жестко скреплен с оправой для вращательного движения 20, так что он сохраняет неизменное положение, в нем установлена вторая группа линз 40. Следовательно, при движении оправы 22 относительно поворотной оправы 20 во время работы с изменением фокусного расстояния держатель 26 можно смещать от его первоначального положения, в котором он находился перед началом работы с изменением фокусного расстояния, как показано на фиг. 1, вплоть до самого дальнего своего положения, отображенного на фиг. 5.

Коаксиально с двумя группами линз 38 и 40 установлен также затвор 42, а на третьем держателе 46, который жестко укреплен на втором держателе 28, смонтирована третья группа линз 44.

Оправа для линейного перемещения 22 служит устройством для перемещения первой группы линз 38 относительно второй группы линз 40 в интервале между исходным положением (фиг. 1), когда группы линз 38 и 40 находятся ближе всего друг к другу, до самого дальнего положения при изменении фокусного расстояния (фиг. 5), когда группы линз 38 и 40 удалены друг от друга.

Светонепроницаемый элемент 24 расположен между двумя группами линз 38 и 40 таким образом, чтобы он предотвращал проникновение падающего света через этот элемент в пространство между группами линз 38 и 40. Как показано на фиг. 5, этот светонепроницаемый элемент 24 является упруго растяжимым от сжатого состояния, показанного на фиг. 1, до выдвинутого положения, изображенного на фиг. 5.

Если обратиться к фиг. 2, можно видеть, что светонепроницаемый элемент 24 сформирован из спирально свернутой ленты с множеством концентрично расположенных витков (частей спирали), причем самый внутренний из этих витков прикреплен к первому держателю 26 первой группы линз 38, а наружный виток прикреплен к второму держателю 28, в котором смонтирована вторая группа линз 40. Эта свернутая лента может упруго раздвигаться в направлении вдоль общей продольной оси, по которой установлены группы линз 38 и 40. Светонепроницаемый элемент 24 можно изготовить из любого подходящего материала, например металла или синтетических смол, элемент представляет собой тонкую и длинную прямоугольную ленту.

Как показано на фиг. 1, первый держатель 26 снабжен радиальным фланцем 30 и цилиндрической стенкой 34, ограничивающими собой выемку, внутри которой расположена спирально свернутая лента 24. Аналогично этому на втором держателе 28 выполнены радиальный фланец 32 и цилиндрическая стенка 36, обращенные в сторону первого держателя 26 и предназначенные для приема спирально свернутой ленты 24.

Обратимся к фиг. 2. Когда лента для формирования светонепроницаемого элемента 24 находится в плоском развернутом состоянии, у нее имеется пара параллельных продольных боковых сторон 48 и 50, пара поперечных кромок 52 и 54, которые расположены под некоторым углом по отношению к продольным кромкам 48 и 50 и показаны горизонтальными на фиг. 2, а также кромки 56 и 58, расположенные у каждого из концов ленты, направленные перпендикулярно к ее поперечной кромке 52 или 54 и доходящие до соответствующей продольной кромки 50 или 48. Как показано здесь, одна из поперечных кромок 52, имеет длину β большую, чем длина a противоположной поперечной кромки, для того, чтобы сделать внутренний диаметр первой части свернутой спирали 62 больше, чем диаметры других свернутых витков. Соответствующие кромки 56 и 58 расположены перпендикулярно к своим поперечным кромкам и в силу этого длины кромок 56 и 58 получаются разными.

Обращаясь к фиг. 3, можно видеть, что, когда лента, показанная на фиг. 2, свернута, она образует множество спирально свернутых витков, где самый нижний виток имеет больший диаметр, чем верхний.

Как показано на фиг. 4, лента содержит первую часть свернутой спирали 60, вторую часть 62, третью часть 64, четвертую часть 66 и пятую часть 68, которые частично перекрываются друг с другом. Как показано здесь, наружные размеры свернутых частей постепенно уменьшаются, начиная с самой наружной первой свернутой части 60 и кончая самой внутренней пятой частью 68. Следует заметить, что длина горизонтальной стороны 52 развернутой ленты равна наружному диаметру первого витка 60, а длина другой горизонтальной стороны (поперечной кромки) 54 представляет собой наружный диаметр пятого витка 68. Более предпочтительно, чтобы горизонтальная сторона 52 была несколько длиннее, чем наружный диаметр первого витка 60, а вторая горизонтальная сторона была несколько длиннее, чем наружный диаметр пятого витка 68, для того чтобы наружная сторона 60'первого витка 60 и наружная сторона 68' пятого витка 68 были параллельны друг другу. Если стороны 60' и 68' параллельны друг другу, лента плотно прилегает к внутренним поверхностям наружных фланцев 30 и 32 между первым держателем 26 и вторым держателем 28 и прочно устанавливается на своем месте.

Поскольку светонепроницаемый элемент 24 не должен существенно отражать падающий на него свет, на ленту светонепроницаемого элемента 24 нанесено покрытие из материала, не отражающего свет, с тем чтобы предотвратить отражение света от этого элемента.

Как показано на фиг. 3 и 4, светонепроницаемый элемент 24 сохраняет свое состояние и в положении, когда он растянут в направлении продольной оси спирали, а внешние силы отсутствуют, поскольку лента свернута спиралью.

Когда элемент 24 приведен в сжатое состояние, он находится под действием упругих сил, которые стремятся возвратить его в выдвинутое положение, показанное на фиг. 5.

Как показано на фиг. 1, светонепроницаемый элемент 24 упруго вставлен в пространство между первым держателем 26 и вторым держателем 28.

Фиг.1 иллюстрирует состояние устройства перед началом работы с изменением фокусного расстояния, когда первая группа линз 38 и вторая группа линз 40 находятся на минимальном расстоянии друг от друга. Если при таком состоянии начато проведение работы с изменением фокусного расстояния, оправа для вращательного движения 20 поворачивается относительно жестко укрепленного тубуса объектива (не показан) и в то же время оправа линейного перемещения линз 22, расположенная внутри оправы для вращательного движения 20, выдвигается из оправы для вращательного движения 20 наружу. Работа устройств с изменением фокусного расстояния уже известна, поэтому конструкция для реализации этого режима здесь не раскрывается в деталях.

После того, как работа с изменением фокусного расстояния, начатая из положения, которое показано на фиг. 1, проведена, устройство приходит в положение, показанное на фиг. 5. Светонепроницаемый элемент 24, который ранее был упруго сжат, в этот момент раздвигается до такой степени, которую диктует операция с изменением фокусного расстояния.

Когда светонепроницаемый элемент 24 растянут, положение пяти частей спирали 60, 62, 64, 66 и 68, которые были расположены концентрично одна на другой (фиг. 1), изменяется до состояния, когда они частично перекрываются (фиг. 5).

Поскольку светонепроницаемый элемент 24 подвержен упругому изменению, взаимное положение двух групп линз 38 и 40 может сохраняться и при таком режиме работы.

Кроме того, поскольку светонепроницаемый элемент 24 содержит множество витков, проникновение света, падающего от объекта, в пространство между группами линз и их оправой, а также последующее прохождение света в направлении пленки или датчика может быть полностью исключено даже в условиях, когда первая группа линз 38 длительно находится на максимальном расстоянии от второй группы линз 40.

Поскольку в сжатом состоянии, показанном на фиг.1, части спирали 60, 62, 64, 66, 68 расположены концентрично одна внутри другой, для их размещения внутри оправы для линейного перемещения 22 требуется минимальное пространство. В отличие от обычных элементов, не пропускающих свет, где применяется набор концентрических колец, требуется наличие выступов, предотвращающих разъединение колец друг от друга во время работы, спирально свернутая лента 24 не требует наличия таких выступов. В связи с этим было обнаружено, что толщина обычного элемента, не пропускающего свет, где применены концентрические кольца, более чем вдвое превышает толщину спирально свернутой ленты-пружины 24, описанной в настоящем изобретении.

Лента 24 не только обеспечивает выполнение функции перекрытия света, но и поддерживает расстояние между двумя группами линз 38 и 40. Следовательно, здесь нет необходимости в какой-либо дополнительной пружине наподобие тех, которые применяются в обычных оптических устройствах. Способность выполнять сразу две функции позволяет сделать общую конструкцию оптического устройства относительно проще независимо от расстояния между первой группой линз 38 и второй группой линз 40 в процессе работы с изменением фокусного расстояния.

Спирально свернутая лента позволяет увеличить до максимума ход подвижных частей устройства перемены фокусного расстояния, поскольку для этого требуется минимальное пространство.

Светонепроницаемый элемент типа спирально свернутой ленты можно применять в любом оптическом устройстве, где имеется две группы линз и более, которые перемещаются одна относительно другой, например, в телескопе с изменением фокусного расстояния, в видеокамерах или камерах с ОПФ.

Использование: при создании оптических устройств, снабженных объективами с переменным фокусным расстоянием. Сущность изобретения: упругий элемент, установленный между группами линз оптического устройства с возможностью поддержания расстояния между ними, выполнен в виде не пропускающего свет в пространство между группами линз устройства и представляет собой спирально свернутую ленту, установленную с возможностью растяжения из сжатого состояния, причем в растянутом состоянии концентрично расположенные витки спирали частично перекрывают друг друга, внутренний виток спирально свернутой ленты скреплен с первой группой линз, а наружный виток скреплен с второй группой линз. Спирально свернутая лента в ее развернутом плоском состоянии может содержать пару параллельных продольных кромок и пару поперечных кромок, расположенных под некоторым углом к продольной кромке. Во втором варианте в оптическом устройстве, содержащем первую группу линз, установленную в первой оправе, вторую группу линз, установленную на общей продольной оси с первой группой линз во второй оправе, телескопически установленной в первой оправе с возможностью перемещения относительно нее, не пропускающее свет устройство, установленное между двумя группами линз, выполнено упругим с возможностью упругого сжатия от его растянутого состояния. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил. .

1. Оптическое устройство, содержащее первую и вторую группы линз, расположенные на общей продольной оси, устройство для их перемещения вдоль продольной оси между их сближенным и удаленным положениями, и упругий элемент, установленный между группами линз с возможностью поддержания расстояния между ними, отличающееся тем, что упругий элемент выполнен в виде не пропускающего свет в пространство между группами линз устройства и представляет собой спирально свернутую ленту, установленную с возможностью растяжения из сжатого состояния, причем в растянутом состоянии концентрично расположенные витки спирали частично перекрывают друг друга. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренний виток спирально свернутой ленты скреплен с первой группой линз, а наружный виток скреплен с второй группой линз. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что спирально свернутая лента в ее развернутом плоском состоянии содержит пару параллельных продольных кромок и пару поперечных кромок, расположенных под некоторым углом к продольной кромке. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что у каждого конца ленты выполнена дополнительная кромка, расположенная перпендикулярно соответствующей поперечной кромке и доходящая до одной из продольных кромок ленты. 5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что витки спирально свернутой ленты в ее сжатом состоянии расположены один в другом, а общая осевая длина спирально свернутой ленты не превышает осевую длину одного из витков. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на спирально свернутую ленту нанесено покрытие из материала, не отражающего свет. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что введены первая оправа для монтажа в корпус камеры и вторая оправа, телескопически установленная в первой оправе с возможностью перемещения относительно нее, причем первая и вторая группы линз установлены соответственно в первой и второй оправах. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что дополнительно введен затвор, установленный внутри первой оправы коаксиально с первой и второй группами линз. 9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что введены первый и второй держатели, в которых закреплены соответственно первая и вторая группы линз и которые установлены соответственно в первой и второй оправах. 10. Оптическое устройство, содержащее первую группу линз, установленную в первой оправе, вторую группу линз, установленную на общей продольной оси с первой группой линз во второй оправе, телескопически установленной в первой оправе с возможностью перемещения относительно нее, и не пропускающее свет устройство, установленное между двумя группами линз, отличающееся тем, что устройство, не пропускающее свет, выполнено упругим с возможностью упругого сжатия от его растянутого состояния. 11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что устройство, не пропускающее свет, выполнено в виде спирально свернутой ленты, которая содержит концентрические витки, внутренний из которых скреплен с первой группой линз, а наружный скреплен с второй группой линз, причем в сжатом состоянии витки спирально свернутой ленты расположены один в другом, а в растянутом состоянии они частично перекрывают друг друга.