ОБЪЕКТИВ С ДИСКРЕТНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ Российский патент 2008 года по МПК G02B15/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в телевизионных системах, в системах наведения, оптической связи, управления и в наблюдательных приборах.

Известен объектив с дискретным изменением фокусного расстояния, содержащий неподвижные первый и второй компоненты и установленные с возможностью ввода и вывода из оптической системы третий и четвертый компоненты, причем первый компонент положительный, состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, склеенных между собой, и положительной линзы, второй компонент отрицательный, состоящий из двух линз - отрицательной и двояковыпуклой, склеенных между собой, третий компонент отрицательный, состоящий из склеенных положительной и двояковогнутой линз, четвертый компонент положительный, состоящий из положительной, отрицательной и двояковыпуклой линз (Авт. св. СССР №1615660, МКИ G02B 15/12, 1990, бюл. №47).

Данный объектив имеет неудовлетворительное качество изображения и обеспечивает получение двух фокусных расстояний.

Наиболее близким к заявляемому является объектив с дискретным изменением фокусного расстояния, имеющий три фокусных расстояния, содержащий четыре компонента, первый, второй и четвертый из которых - положительные, третий - отрицательный, при этом четвертый компонент установлен с возможностью ввода и вывода из оптической системы и выполнен различным для второго и третьего фокусных расстояний, причем первый компонент состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, склеенных между собой, и положительной линзы, второй компонент состоит из отрицательной и положительной линз, третий компонент состоит из отрицательной линзы и положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенных между собой, четвертый компонент состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенных между собой, и положительной линзы (Патент РФ №2112256, МПК⁷ G02B 15/02, G02B 09/64, опубл. 27.05.98, бюл. №12, ч.2).

Данный объектив имеет недостаточно большое линейное поле зрения и недостаточно большое относительное отверстие для второго и третьего фокусных расстояний.

Задачей заявляемого изобретения является создание объектива с повышенными эксплуатационными свойствами.

Технический результат - увеличение линейного поля зрения и увеличение относительного отверстия для второго и третьего фокусных расстояний.

Технический результат достигается тем, что в объективе с дискретным изменением фокусного расстояния, имеющем три фокусных расстояния, содержащем четыре компонента, первый, второй и четвертый из которых - положительные, третий - отрицательный, при этом четвертый компонент установлен с возможностью ввода и вывода из оптической системы и выполнен различным для двух фокусных расстояний, причем первый компонент состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, склеенных между собой, и положительной линзы, второй компонент состоит из отрицательной и положительной линз, третий компонент состоит из отрицательной линзы и положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенных между собой, четвертый компонент состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенных между собой, и положительной линзы, новым является то, что второй компонент установлен с возможностью ввода и вывода из оптической системы совместно с четвертым компонентом и выполнен различным для двух фокусных расстояний, в первом компоненте положительная линза выполнена из положительного и отрицательного менисков, обращенных выпуклостью к предмету, склеенных между собой, во втором компоненте отрицательная линза выполнена в виде одиночной двояковогнутой линзы, а положительная линза выполнена в виде одиночного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, в третьем компоненте отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, в четвертом компоненте положительная линза выполнена из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, склеенных между собой.

Указанная конструкция позволяет увеличить линейное поле зрения и увеличить относительное отверстие для второго и третьего фокусных расстояний.

В частном случае второй и четвертый компоненты, как для второго, так и для третьего фокусного расстояния, установлены с возможностью поворота относительно оси, параллельной оптической оси объектива, и вне оптической системы располагаются на одной общей оси.

В частном случае указанная конструкция позволяет уменьшить поперечные габариты объектива.

Объектив имеет следующие характеристики:

- линейное поле зрения 2Y=30 мм;

- относительное отверстие:

- для первого фокусного расстояния F=500 мм - D/F=1:5.5;

- для второго фокусного расстояния F=170 мм - D/F=1:3.2;

- для третьего фокусного расстояния F=60 мм - D/F=1:2.6.

Соответствующие параметры для прототипа равны:

- линейное поле зрения 2Y=22 мм;

- относительное отверстие:

- для первого фокусного расстояния F=500 мм - D/F=1:5.6;

- для второго фокусного расстояния F=200 мм - D/F=1:4.0;

- для третьего фокусного расстояния F=70 мм - D/F=1:4.0.

На фиг.1 показана оптическая схема объектива, на фиг.2 - второй и четвертый компоненты для второго и третьего фокусных расстояний в положении, когда оба этих компонента выведены из оптической системы.

Оптическая схема объектива с дискретным изменением фокусного расстояния содержит неподвижные первый и третий компоненты и установленные с возможностью ввода и вывода из оптической системы второй и четвертый компоненты.

Первый и третий компоненты составляют оптическую систему объектива для первого наибольшего фокусного расстояния. Второй и четвертый компоненты вводятся совместно в оптическую систему для второго и третьего фокусных расстояний и выполнены соответственно в двух вариантах каждый.

Первый компонент положительный и состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз 1/2, склеенных между собой, и положительного и отрицательного менисков 3/4, обращенных выпуклостью к предмету, склеенных между собой.

Второй компонент положительный и состоит из одиночной двояковогнутой линзы и одиночного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Для второго фокусного расстояния второй компонент составляют линзы 5 и 6, для третьего - 7 и 8 соответственно.

Третий компонент отрицательный и состоит из положительного и отрицательного менисков 9/10, обращенных вогнутостью к предмету и склеенных между собой.

Четвертый компонент положительный и состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенных между собой, и двояковыпуклой и двояковогнутой линз, склеенных между собой. Для второго фокусного расстояния четвертый компонент составляют линзы 11/12 и 13/14, для третьего - 15/16 и 17/18 соответственно.

На оптической схеме показаны также призменный блок 19 и светофильтр 20.

В частном случае второй и четвертый компоненты, как для второго, так и для третьего фокусного расстояния, установлены с возможностью поворота относительно оси, параллельной оптической оси объектива, и вне оптической системы располагаются на одной общей оси. При этом линзы располагаются в следующей последовательности: 7, 5, 8, 6, 11/12, 15/16, 13/14, 17/18.

Ниже приведен пример конкретного выполнения объектива с дискретным изменением фокусного расстояния согласно настоящему изобретению. В табл.1 приведены конструктивные параметры, в табл.2 - оптические характеристики объектива.

Таблица 1 F=500 ммF=170 ммF=60 мм№ пов.Радиус, ммТолщина, ммМарка стеклаРадиус, ммТолщина, ммМарка стеклаРадиус, ммТолщина, ммМарка стекла1317.714ТК21317.714ТК21317.714ТК212-217.88ТФ5-217.88ТФ5-217.88ТФ53613.81 613.81 613.81 4148.5912БФ21148.5912БФ21148.5912БФ215325.110БК8325.110БК8325.110БК86432.5195 432.555 432.525 7----2637СТК3-154.887СТК38---117.4985 59.1695 9---∞10ТК21∞10ТК2110----109.6538 -93.3358 11-77.625СТК3-77.625СТК3-77.625СТК312-765.67Ф1-765.67Ф1-765.67Ф113-124.45105 -124.4510 -124.4530 14---92.4710ТК21136.4610ТК2115----155.605ТФ5-49.25ТФ516----363.1025 -115.8830 17---51.0510ТК2149.210ТК2118----155.605ТФ5-95.065ТФ519---38.3740 55.9815 20∞40К8∞40К8∞40К821∞8 ∞8 ∞8 22∞5К8∞5К8∞5К823∞10 ∞10 ∞10 

Таблица 2Фокусное расстояние F, мм50017060Относительное отверстие, D/F1:5.51:3.21:2.6Диапазон длин волн, λ, нм600-800Линейное поле, 2Y, мм30Длина оптической системы, L мм420Угловое поле, 2W, град3.510.328.5Значение ЧКХ на 50 мм^-1, Т__центр(50)0.740.780.63Значение ЧКХ на 50 мм^-1, Т__край__саг(50)0.720.700.61Значение ЧКХ на 50 мм^-1, Т__край__мер(50)0.700.550.53Значение ЧКХ на 100 мм^-1, Т__центр(100)0.500.550.35Значение ЧКХ на 100 мм^-1, Т__край__саг(100)0.480.470.36Значение ЧКХ на 100 мм^-1, Т__край__мер(100)0.430.250.20

Объектив работает следующим образом.

Первое фокусное расстояние F=500 мм образуют первый и третий неподвижные компоненты. Линзы располагаются на оптической оси в следующей последовательности: 1/2, 3/4, 9/10. Апертурная диафрагма расположена на первой поверхности первого компонента. Диаметр апертурной диафрагмы d_a=90 мм.

Второе фокусное расстояние F=170 мм образуют первый и третий неподвижные компоненты и второй и четвертый подвижные компоненты для второго фокусного расстояния. Линзы располагаются на оптической оси в следующей последовательности: 1/2, 3/4, 5, 6, 9/10, 11/12, 13/14. Апертурная диафрагма расположена на первой поверхности четвертого компонента. Диаметр апертурной диафрагмы d_a=48 мм.

Третье фокусное расстояние F=60 мм образуют первый и третий неподвижные компоненты и второй и четвертый подвижные компоненты для второго фокусного расстояния. Линзы располагаются на оптической оси в следующей последовательности: 1/2, 3/4, 7, 8, 9/10, 15/16, 17/19. Апертурная диафрагма расположена на первой поверхности четвертого компонента. Диаметр апертурной диафрагмы d_a=41 мм.

В частном случае второй и четвертый подвижные компоненты как для второго, так и для третьего фокусного расстояния вводятся в оптическую систему путем поворота относительно оси, параллельной оптической оси объектива.

Изображение регистрируется с помощью CMOS-матрицы, расположенной в плоскости изображений.

Светофильтр 20 пропускает излучение в рабочей области длин волн λ=600-800 нм.

Призменный блок 19 дает возможность обеспечить второй канал регистрации в другой области длин волн. Второй канал может быть использован, например, в качестве приемного канала лазерного дальномера.

Фокусировку объектива на конечное расстояние для всех трех фокусных расстояний можно обеспечить путем перемещения первого компонента вдоль оптической оси.

Регулировку относительного отверстия объектива для всех трех фокусных расстояний можно обеспечить с помощью ирисовой диафрагмы, устанавливаемой в оптическую систему между третьим и четвертым компонентами.

Таким образом, объектив с дискретным изменением фокусного расстояния согласно настоящему изобретению обладает большим линейным полем зрения и большим относительным отверстием. При этом обеспечиваются высокое качество изображения и сравнительно небольшие как продольный, так и поперечные габариты.

Объектив имеет три фокусных расстояния и содержит четыре компонента, первый, второй и четвертый из которых - положительные, третий - отрицательный. Второй компонент совместно с четвертым установлены с возможностью ввода и вывода из оптической системы и выполнены различными для двух фокусных расстояний. Первый компонент состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, склеенных между собой, и положительной линзы, выполненной из склеенных положительного и отрицательного менисков, обращенных выпуклостью к предмету. Второй - из одиночной двояковогнутой линзы и положительного одиночного мениска, обращенного выпуклостью к предмету. Третий - из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, и положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенных между собой. Четвертый - из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенных между собой, и положительной линзы, выполненной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, склеенных между собой. Технический результат - увеличение линейного поля зрения и относительного отверстия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Объектив с дискретным изменением фокусного расстояния, имеющий три фокусных расстояния, содержащий четыре компонента, первый, второй и четвертый из которых - положительные, третий - отрицательный, при этом четвертый компонент установлен с возможностью ввода и вывода из оптической системы и выполнен различным для двух фокусных расстояний, причем первый компонент состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, склеенных между собой, и положительной линзы, второй компонент состоит из отрицательной и положительной линз, третий компонент состоит из отрицательной линзы и положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенных между собой, четвертый компонент состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, склеенных между собой, и положительной линзы, отличающийся тем, что второй компонент установлен с возможностью ввода и вывода из оптической системы совместно с четвертым компонентом и выполнен различным для двух фокусных расстояний, в первом компоненте положительная линза выполнена из положительного и отрицательного менисков, обращенных выпуклостью к предмету, склеенных между собой, во втором компоненте отрицательная линза выполнена в виде одиночной двояковогнутой линзы, а положительная линза выполнена в виде одиночного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, в третьем компоненте отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, в четвертом компоненте положительная линза выполнена из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, склеенных между собой.2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что второй и четвертый компоненты, как для второго, так и для третьего фокусного расстояния, установлены с возможностью поворота относительно оси, параллельной оптической оси объектива, и вне оптической системы располагаются на одной общей оси.