ТЕЛЕОБЪЕКТИВ С ВНУТРЕННЕЙ ФОКУСИРОВКОЙ Российский патент 2003 года по МПК G02B13/02 G02B15/16 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к телеобъективам, предназначенным для телескопических систем, работающих с различными расстояниями до наблюдаемого объекта.

Известна оптическая система телеобъектива по [1], в которой внутренняя фокусировка на различные расстояния до объекта осуществляется перемещением вдоль оптической оси отрицательного компонента, расположенного за неподвижным положительным компонентом. Такая система содержит две положительные склеенные линзы в качестве неподвижного компонента и одиночную линзу в качестве отрицательного. Объектив содержит шесть граничащих с воздухом поверхностей, обладает небольшим относительным отверстием, и ближняя граница фокусировки ограничена 4 метрами.

Известен телеобъектив по [2], наиболее близкий к заявляемому по технической сущности и принятый заявителем в качестве прототипа, содержащий два установленных последовательно по ходу оптического луча положительных линзовых компонента. Первый компонент состоит из положительной и отрицательной линз. Второй компонент имеет возможность перемещения вдоль оптической оси и содержит положительный и отрицательный мениски, обращенные своими выпуклыми поверхностями к пространству объектов. Фокусное расстояние f всей системы, фокусное расстояние f₁ второго компонента, промежуток d_i между первым и вторым компонентами, радиус r_i кривизны i поверхности, отсчитываемый от пространства объектов, числа Аббе ν_I+, ν_I-, ν_II+, ν_II- соответственно положительной и отрицательной линз первого компонента, положительного и отрицательного менисков в составе второго компонента удовлетворяет следующим условиям:
1,0≤f_I/f≤3,0 (1)
0,2≤d4/f≤0,7 (2)
0,1≤|r₂|/f_I≤0,7 (3)
1,0≤r₇/r₈≤2,0 (4)
ν_I+>65 (5)
ν_I+-ν_I->25 (6)
d6/f≤0,15 (7)
10≤ν_II+-ν_II-≤50 (8)
Такой объектив содержит четыре линзы и восемь граничащих с воздухом поверхностей, вызывающих потери света, например, если интегральный коэффициент отражения ρ_A≤1%, то при прохождении через восемь поверхностей коэффициент пропускания τ_A без учета потерь на поглощение составит
τ_A = (1-ρ_A)ⁿ = (1-0,01)⁸ = 0,9227 =92,27%,
т.е. потери на отражение составят 7,7%.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение энергетических потерь света при сохранении относительного отверстия и высокого качества изображения при увеличении углового поля зрения.

Поставленная задача достигается в предлагаемом телеобъективе с внутренней фокусировкой, состоящем из установленных последовательно в направлении распространения оптического луча первого и второго оптических компонентов с положительной преломляющей способностью, состоящих из положительной и отрицательной линз. Причем первый компонент содержит склеенные положительную и отрицательную линзы, а второй имеет возможность перемещения вдоль оптической оси прибора.

Предлагаемый телеобъектив отличается от прототипа тем, что второй компонент склеен из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объектов и положительной линзы. Причем эквивалентное фокусное расстояние всей системы f, фокусное расстояние f₁₁ второго компонента, промежуток d₃ между первым и вторым компонентами, числа ν_I+, ν_I-, ν_II-, ν_II+ - Аббе материалов соответственно первой положительной и второй отрицательной линз первого компонента, отрицательного мениска и положительной линзы второго компонента удовлетворяют следующим условиям:
1,0<f_II/f<3,0 (1)
0,3<d₃/f<0,8 (2)


Предлагаемый объектив содержит четыре граничащих с воздухом поверхности. При интегральном коэффициенте отражения ρ_A≤1%, коэффициент пропускания τ_A без учета потерь на поглощение составит
τ_A≥(1-0,99) = 96,06%
т.е. потери на поглощение уменьшены почти вдвое.

В заявляемом телеобъективе выполнение вышеперечисленных условий приводит к тому, что достигается наименьшее количество граничащих с воздухом поверхностей и, соответственно, уменьшаются энергетические потери, улучшается качество изображения при сохранении относительного отверстия и за счет этого увеличивается угловое поле зрения.

Таким образом предлагаемое техническое решение обладает новым свойством: сочетанием простой конструкции с минимальным количеством граничащих с воздухом поверхностей, улучшением качества изображения при сохранении относительного отверстия и увеличении углового поля зрения, при этом минимальная дистанция до объекта не превышает 2,5 метра.

На чертеже приведена принципиальная оптическая схема заявляемого телеобъектива с внутренней фокусировкой.

Конструктивные параметры, выпуск аберраций, частотно-контрастная характеристика (ЧКХ) объектива приведены в приложении.

Как видно на чертеже, предлагаемый телеобъектив содержит два положительных компонента 1 и 2: первый 1 - неподвижный, второй 2 - с возможностью перемещения вдоль оптической оси для осуществления фокусировки на объект, оба компонента склеены из двух линз. Первый компонент состоит из первой положительной 3 и второй отрицательной 4 линз; второй компонент склеен из отрицательного мениска 5, обращенного своей выпуклой поверхностью к пространству объектов и положительной линзы 6. На чертеже показаны расстояния d₃ - между двумя компонентами, f₁₁ - фокусное расстояние второго компонента, числа Аббе материалов линз - ν_I+, ν_I-, ν_II-, ν_II+, которые определяются условиями 1-4 (см. сущность изобретения).

Предлагаемый объектив работает следующим образом. Компонент 1 неподвижен, подвижный компонент 2 имеет возможность перемещения вдоль оптической оси в пределах (0,3-0,8)f, где f - фокусное расстояние всего объектива, при этом осуществляется фокусировка на объект от 2,5 метров до бесконечности.

В соответствии с предложенным техническим решением выполнен расчет телеобъектива с внутренней фокусировкой
эквивалентное фокусное расстояние телеобъектива - 397,6 мм
относительное отверстие d₃/f - 1:5
угловое поле зрения 2W - 3 градуса
Объектив имеет высокое качество изображения, что подтверждается прилагаемым аберрационным выпуском.

Таким образом, предлагаемый телеобъектив с внутренней фокусировкой имеет минимальное количество оптических элементов, четыре граничащих с воздухом поверхности (потери света на поверхностях минимальны), простую технологическую конструкцию, позволяющую использовать стекла (см. приложение), не требующие защиты от пятнающих агентов после обработки, что очень существенно в условиях многосерийного производства.

ЛИТЕРАТУРА
1. Аникст Д. А. Оптические системы геодезических приборов, Москва, "Недра", 1981, стр. 65.

2. Патент Японии 60-64232, от 02.05.85 (прототип).

Телеобъектив состоит из установленных последовательно в направлении распространения оптического луча первого и второго оптических компонентов с положительной преломляющей способностью, состоящих из положительной и отрицательной линз. Первый компонент содержит склеенные положительную и отрицательную линзы, а второй имеет возможность перемещения вдоль оптической оси прибора и склеен из отрицательного мениска, обращенного своей выпуклой поверхностью к пространству объектов, и положительной линзы. Эквивалентное фокусное расстояние всей системы, фокусное расстояние второго компонента, промежуток между первым и вторым компонентами и числа Аббе материалов первого и второго компонентов удовлетворяют соотношениям, указанным в формуле изобретения. Обеспечивается уменьшение энергетических потерь света при сохранении относительного отверстия и высокого качества изображения при увеличении углового поля зрения. 1 ил.

Телеобъектив с внутренней фокусировкой, состоящий из установленных последовательно в направлении распространения оптического луча первого и второго оптических компонентов с положительной преломляющей способностью, состоящих из положительной и отрицательной линз, причем первый компонент содержит склеенные положительную и отрицательную линзы, а второй имеет возможность перемещения вдоль оптической оси прибора, отличающийся тем, что второй компонент склеен из отрицательного мениска, обращенного своей выпуклой поверхностью к пространству объектов, и положительной линзы, причем эквивалентное фокусное расстояние f всей системы, фокусное расстояние f₁₁ второго компонента, промежуток d₃, между первым и вторым компонентами, числа v₁₊, v_1-, v_11-, v₁₁₊, - Аббе материалов соответственно первой положительной и второй отрицательной линз первого компонента, отрицательного мениска и положительной линзы второго компонента удовлетворяют следующим условиям:
1,0≤f₁₁/f≤3,0,
0,3≤d₃/f≤0,8,
v₁₊>50,
v₁₊-v_1->23,
v_11->27,
v₁₁₊>50.