ШИРОКОУГОЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ БОЛЬШОЙ ДЛИНЫ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК G02B13/00 G02B9/62 G02B9/24 

Предлагаемое изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно, к системам для миниатюрных телевизионных камер, работающих на цветных или черно-белых ПЗС- матрицах. Применение объективов большой длины с вынесенным входным зрачком позволяет осуществлять маскировку при организации скрытой телевизионной съемки даже через толстые стены. Условия съемки диктуют необходимую длину и угол поля зрения таких систем. Кроме того, такие протяженные системы должны обладать высокой светосилой и минимальными потерями.

Известен объектив с вынесенным входным зрачком и промежуточным изображением (SU, авторское свид. N 1269074, G 02 В 9/64, 1985 г.). Объектив содержит две линзовые группы, причем первая группа может перемещаться в сторону объекта при произведении фокусировки на дистанцию съемки. Объектив имеет большой вынос входного зрачка и, кроме того, регулируемую диафрагму за объективом. Небольшое угловое поле зрения, подвижные линзовые группы, а также заднее расположение дополнительной диафрагмы не позволяют применить данный объектив с целью установки его на телевизионную камеру скрытого наблюдения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является объектив с вынесенным зрачком большой длины (DE, патент 1302321, кл. G 02 В, 13/00, 13/16, 1972 г. ). Объектив состоит из трех линзовых групп. Первая - склеенный афокальный мениск, первая поверхность вогнутая, обращенная к пространству предметов, вторая поверхность выпуклая. Вторая группа линз состоит из двояковыпуклой линзы склеенного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов и положительного мениска, обращенного выпуклой поверхность также к пространству предметов. Третья группа - двояковогнутая линза, расположенная вблизи плоскости изображения, выполняющая функцию линзы Шмидта, корректирующей кривизну изображения объектива. Входной зрачок вынесен довольно далеко. Объектив имеет хорошее качество коррекции аберраций и большое относительное отверстие, а также для такой большой длины, большой угол поля зрения. Однако такой объектив не может быть установлен на телевизионную камеру, где после объектива вблизи плоскости изображения расположена или цветоделительная система или просто ПЗС-матрица.

Технической задачей изобретения является увеличение угла поля зрения, повышение качества изображения и увеличение относительного отверстия при сохранении достаточно большой длины объектива.

Поставленная задача в первом варианте достигается тем, что в широкоугольном объективе с вынесенным входным зрачком, содержащем три линзовые группы, первая линзовая группа выполнена из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, и двояковыпуклой линзы, вторая линзовая группа состоит из одной положительной двояковыпуклой линзы, третья линзовая группа выполнена из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, при этом отношение суммы толщин по оси первой линзовой группы и расстояния до входного зрачка к толщине по оси третьей линзовой группы находится в пределах от 1.02 до 1.5,а величины воздушных промежутков между линзовыми группами имеют следующее соотношение:
2,0 < DB2/DB1 > 2,5
где DB1 - величина воздушного промежутка между первой и второй линзовой группой; DB2 - величина воздушного промежутка между второй и третьей линзовой группой.

В частном случае, положительный мениск первой линзовой группы может быть выполнен склеенным из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Кроме того, положительный мениск третьей линзовой группы, обращенный выпуклостью к пространству предметов, может быть выполнен склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз.

Для увеличения угла поля зрения и уменьшения виньетирования крайних наклонных пучков лучей между толщинами и фокусными расстояниями линзовых групп соблюдены следующие соотношения:
1,25 < D1/F1 < 1,5
0,1 < D2/F2 < 0,3
0,75 < D3/F3 < 1,5
где D1 - толщина по оси первой линзовой группы, D2 - толщина по оси второй линзовой группы, D3 - толщина по оси третьей линзовой группы, F1 - фокусное расстояние первой линзовой группы, F2 - фокусное расстояние второй линзовой группы, F3 - фокусное расстояние третьей линзовой группы.

Приведенные соотношения толщин линзовых групп и их фокусных расстояний позволяет получить объектив, длина которого составляет не менее 25Fc, где Fc-фокусное расстояние всего объектива. Кроме того, задний фокальный отрезок составляет не менее 3Fc, что позволяет разместить в нем цветокорректирующие фильтры при установке на цветную телевизионную камеру.

Для сохранения большого относительного отверстия положительные линзы всех линзовых групп объектива выполнены из оптических тяжелых и сверхтяжелых кронов, разность показателей которых для длины волны 546.07 нм находится в диапазоне от 0.08 до 0.14. Отрицательные линзы всех линзовых групп выполнены из оптических тяжелых флинтов, разность показателей которых для длины волны 546.07 нм составляет не более 0.055. Разность показателей стекол в склеенных парах линз колеблется от 0.01 до 0.05.

Поставленная задача во втором варианте решается тем, что первая линзовая группа выполнена из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов двух двояковыпуклых линз, вторая группа - положительная двояковыпуклая линза, третья группа - положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, двояковыпуклая линза и положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, при этом отношение суммы толщин по оси первой линзовой группы и расстояния до входного зрачка к толщине по оси третьей линзовой группы находится в пределах от 0.75 до 0.85, а величины воздушных промежутков между линзовыми группами имеют следующее соотношение:
1,5 < DB2/DB1 < 2,5
где DВ1 - величина воздушного промежутка между первой и второй линзовыми группами, DВ2 - величина воздушного промежутка между второй и третьей линзовыми группами.

В частном случае, положительный мениск первой линзовой группы может быть выполнен склеенным из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Положительный мениск третьей линзовой группы, обращенный вогнутостью к пространству предметов, также может быть выполнен склеенным из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, а положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов - склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Между толщинами и фокусными расстояниями линзовых групп соблюдены следующие соотношения:
1,5 < D1/F1 < 2,0
0,1 < D2/F2 < 0,3
1,25 < D3/F3 < 1,5
где D1 - толщина по оси первой линзовой группы, D2 - толщина по оси второй линзовой группы, D3- толщина по оси третьей линзовой группы, F1 - фокусное расстояние первой линзовой группы, F2 - фокусное расстояние второй линзовой группы, F3 - фокусное расстояние третьей линзовой группы.

Приведенные соотношения толщин линзовых групп и их фокусных расстояний позволяют получить объектив, длина которого составляет не менее 15Fc, где Fc-фокусное расстояние всего объектива, а задний фокальный отрезок составляет не менее 3Fc, что позволяет разместить в нем цветокорректирующий фильтр при установке на цветную телевизионную камеру.

Как и в первом варианте, для сохранения большого относительного отверстия положительные линзы всех линзовых групп выполнены из оптических стекол тяжелых и сверхтяжелых кронов, разность показателей которых для длины волны 546.07 нм находится в диапазоне от 0.08 до 0.14. Отрицательные линзы всех линзовых групп выполнены из оптических тяжелых флинтов, разность показателей которых для длины волны 546.07 нм составляет не более 0.055.Разность показателей преломления стекол в склеенных парах линз колеблется от 0.01 до 0.05.

Технические характеристики одного из вариантов широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком приведены в таблице 1.В таблице 2 приведены качественные параметры, выраженные в среднеквадратических величинах пятен рассеяния по полю изображения.

На фиг.1 приведена принципиальная схема широкоугольного объектива по п.1 формулы. На фиг. 2 принципиальная схема объектива по п.9 формулы. На фиг.3 приведены графики аберраций одного из вариантов.

Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком на фиг. 1 содержит три линзовых группы. Первая группа состоит из положительного мениска, склеенного из двояковогнутой линзы 1 и двояковыпуклой линзы 2, и из двояковыпуклой линзы 3. Вторая линзовая группа состоит из одной двояковыпуклой линзы 4. Третья линзовая группа состоит из положительного мениска 5, двояковыпуклой линзы 6, положительного мениска, склеенного из двояковыпуклой линзы 7 и двояковогнутой линзы 8.

Широкоугольный объектив на фиг.2 состоит из трех линзовых групп. Первая группа содержит положительный мениск, склеенный из двояковогнутой линзы 9 и двояковыпуклой линзы 10, а также двояковыпуклую линзу 11 и двояковыпуклую линзу 12. Вторая линзовая группа состоит из одной двояковыпуклой линзы 13. Третья линзовая группа состоит из положительного мениска, склеенного из двояковогнутой линзы 14 и двояковыпуклой линзы 15,а также двояковыпуклой линзы 16 и мениска, склеенного из двояковыпуклой линзы 17 и двояковогнутой линзы 18. Расчетом достигается незначительное изменение апертуры в выходных наклонных пучках и, как следствие, равномерность освещенности по полю изображения. Общая длина объектива с учетом заднего фокального отрезка позволяет устанавливать его на телевизионные камеры различной конструкции, как черно-белые, так и цветные.

В табл. 2 представлены результаты коррекции аберраций широкоугольного объектива большой длины с вынесенным входным зрачком в меридиональном и сагиттальном сечениях по критерию пятна рассеяния. Анализ приведенных величин показывает, что объектив имеет высокое разрешение в широком диапазоне пространственных частот, что позволяет ему работать с различными ПЗС-матрицами.

Объектив содержит три линзовые группы, первая из которых выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, и двояковыпуклой линзы. Вторая линзовая группа содержит одну двояковыпуклую линзу. Третья линзовая группа состоит из двух положительных менисков и двояковыпуклой линзы между ними, один из менисков обращен вогнутостью к пространству предметов, а другой выпуклостью. Положительные мениски первой и третьей линзовых групп могут быть выполнены склеенными из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Отношение суммы толщин по оси первой линзовой группы и расстояния до входного зрачка к толщине по оси третьей линзовой группы находится в пределах от 1,02 до 1,5, а величины воздушных промежутков между линзовыми группами имеют следующее соотношение: 2,0<DВ2/DВ1<2,5, где DB1 и DB2 - величины воздушного промежутка соответственно между первой и второй, и второй и третьей линзовыми группами. Обеспечивается увеличение угла поля зрения, повышение качества изображения и увеличение относительного отверстия при сохранении достаточно большой длины объектива. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил. 2 табл.

1. Широкоугольный объектив большой длины с вынесенным входным зрачком, состоящий из трех линзовых групп, вторая из которых - двояковыпуклая линза, отличающийся тем, что первая линзовая группа выполнена из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, и двояковыпуклой линзы, третья линзовая группа выполнена из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, при этом отношение суммы толщин по оси первой линзовой группы и расстояния до входного зрачка к толщине по оси третьей линзовой группы находится в пределах от 1,02 до 1,5, а величины воздушных промежутков между линзовыми группами имеют следующее соотношение:
2,0 < DB2/DB1 < 2,5,
где DB1 - величина воздушного промежутка между первой и второй линзовыми группами;
DB2 - величина воздушного промежутка между второй и третьей линзовыми группами. 2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что положительный мениск первой линзовой группы выполнен склеенным из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. 3. Объектив по п.1, отличающийся тем, что положительный мениск третьей линзовой группы, обращенный выпуклостью к пространству предметов, выполнен склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. 4. Объектив по п.1, отличающийся тем, что между толщинами и фокусными расстояниями линзовых групп соблюдены следующие соотношения:
1,25 < D1/F1 < 1,5;
0,1 < D2/F2 < 0,3;
0,75 < D3/F3 < 1,5,
где D1 - толщина по оси первой линзовой группы;
D2 - толщина по оси второй линзовой группы;
D3 - толщина по оси третьей линзовой группы;
F1 - фокусное расстояние первой линзовой группы;
F2 - фокусное расстояние второй линзовой группы;
F3 - фокусное расстояние третьей линзовой группы. 5. Объектив по п.1, отличающийся тем, что длина всего объектива составляет 25Fc, где Fc - фокусное расстояние всего объектива, а задний фокальный отрезок составляет 3Fc. 6. Объектив по п.1, отличающийся тем, что положительные линзы всех линзовых групп объектива выполнены из оптических стекол тяжелых и сверхтяжелых кронов, разность показателей который для длины волны 546,07 нм находится в диапазоне от 0,08 до 0,14. 7. Объектив по п.1, отличающийся тем, что отрицательные линзы всех линзовых групп объектива выполнены из оптических стекол тяжелых флинтов, разность показателей которых для длины волны 546,07 нм составляет не более 0,555. 8. Объектив по п. 2 или 3, отличающийся тем, что разность показателей преломления стекол в склеенных линзовых парах колеблется от 0,01 до 0,05. 9. Широкоугольный объектив большой длины с вынесенным входным зрачком, состоящий из трех линзовых групп, вторая из которых - двояковыпуклая линза, отличающийся тем, что первая линзовая группа выполнена из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, и двух двояковыпуклых линз, третья линзовая группа выполнена из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, при этом отношение суммы толщин по оси первой линзовой группы и расстояния до входного зрачка к толщине по оси третьей линзовой группы находится в пределах от 0,75 до 0,85, а величины воздушных промежутков между линзовыми группами имеют следующее соотношение:
1,5 < DB2/DB1 < 2,5,
где DB1 - величина воздушного промежутка между первой и второй линзовыми группами;
DB2 - величина воздушного промежутка между второй и третьей линзовыми группами. 10. Широкоугольный объектив по п.9, отличающийся тем, что положительный мениск первой линзовой группы выполнен склеенным из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. 11. Объектив по п.9, отличающийся тем, что положительный мениск третьей линзовой группы, обращенный вогнутостью к пространству предметов, выполнен склеенным из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. 12. Объектив по п.9, отличающийся тем, что положительный мениск третьей линзовой группы, обращенный выпуклостью к пространству предметов, выполнен склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. 13. Объектив по п.9, отличающийся тем, что между толщинами и фокусными расстояниями линзовых групп соблюдены следующие соотношения:
1,5 < D1/F1 < 2,0,
0,1 < D2/F2 < 0,3,
1,25 < D3/F3 < 1,5
где D1 - толщина по оси первой линзовой группы;
D2 - толщина по оси второй линзовой группы;
D3 - толщина по оси третьей линзовой группы;
F1 - фокусное расстояние первой линзовой группы;
F2 - фокусное расстояние второй линзовой группы;
F3 - фокусное расстояние третьей линзовой группы. 14. Объектив по п.9, отличающийся тем, что длина всего объектива составляет 15Fc, а задний фокальный отрезок 3Fc, где Fc - фокусное расстояние всего объектива. 15. Объектив по п.9, отличающийся тем, что положительные линзы всех линзовых групп выполнены из оптических стекол тяжелых и сверхтяжелых кронов, разность показателей которых для длины волны 546,07 нм находится в диапазоне 0,08 до 0,14. 16. Объектив по п.9, отличающийся тем, что отрицательные линзы всех линзовых групп выполнены из оптических тяжелых флинтов, разность показателей которых для длины волны 546,07 нм составляет не более 0,055. 17. Объектив по любому из пп.10 - 12, отличающийся тем, что разность показателей стекол в склеенных парах линз колеблется от 0,01 до 0,05.