Вариообъектив

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ комитвт РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг (ВУ)(73) Патентообладатель Открытое акционер ное общество Пеленг (ВУ)Вариообъектив, содержащий четыре компонента, из которых первый, третий и четвертый положительные, а второй - отрицательный, и апертурную диафрагму, расположенную перед третьим компонентом, при этом первый компонент содержит положительную двухсклеенную линзу, состоящую из отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, и положительной линзы, и положительный мениск, обращенный вь 1 пуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент содержит отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, отрицательную и положительную линзы, третий компонент содержит положительную линзу с асферической поверхностью, обращенной к пространству предметов, и отрицательный мениск, четвертый компонент содержит положительную линзу и положительную двухсклеенную линзу, состоящую из отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, и положительной линзы, причем второй и четвертый компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, отличающийся тем, что в третьем компоненте расстояние между положительной линзой и отрицательным мениском составляет не менее 0,07 фокусного расстояния компонента, отрицательный мениск обращен вогнутой поверхностью к пространству изображений, а сумма оптических сил компонентов не превышает 0,0053 мм 1.Изобретение 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 происходит при движении второго компонента, а компенсация сдвига плоскости изображения осуществляется перемещением четвертого компонента. Третий компонент содержит четыре линзы, в том числе положительную линзу, направленную выпуклой стороной к пространству предметов, и отрицательную линзу. Четвертый компонент содержит асферическую поверхность. Апертурная диафрагма расположена перед третьим компонентом. Объектив имеет диапазон изменения фокусного расстояния 7,5 и общую длину (от первой поверхности до плоскости изображения) не более 1 зг, где Гтдх - максимальное фокусное расстояние.Недостатком объектива является невысокое качество изображения по всему полю зрения для всего диапазона фокусных расстояний (коэффициент передачи модуляции Т 0,4 на пространственной частоте Ы 30 мм 1 при использовании одной асферической поверхности). Повысить качество изображения в данной конструкции возможно лишь введением второй асферической поверхности, что приводит к увеличению трудоемкости изготовления, а следовательно, и стоимости 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 четыре компонента первый положительный компонент, второй отрицательный компонент, третий положительный компонент и четвертый положительный компонент. Изменение фокусного расстояния осуществляется при движении второго и четвертого компонентов, причем фокусировка в единую плоскость изображений производится перемещением четвертого компонента. Первый компонент содержит положительную линзу, склеенную из отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, и положительной линзы, и положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов. Второй компонент содержит три одиночные линзы отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, отрицательную линзу и положительную линзу. Третий положительный компонент состоит из положительной линзы с одной асферической поверхностью, обращенной к пространству предметов, и отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, причем расстояние между положительной линзой и мениском составляет 0,04 фокусного расстояния компонента. Четвертый положительный компонент содержит положительную линзу и положительную двухсклеенную линзу, состоящую из отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, и положительной линзы. Апертурная диафрагма расположена перед третьим компонентом. Недостатком прототипа являются невысокие значения коэффициентов передачи модуляции (Т) для всего поля зрения во всем диапазоне изменения фокусных расстояний, что не позволяет получить на ПЗС-матрице изображения объектов малого контраста.Задачей изобретения является повышение качества изображения за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения во всем диапазоне изменения фокусных расстояний, Вариообъектив содержит четыре компонента, из которых первый, третий и четвертый - положительные, а второй - отрицательный, и апертурную диафрагму, расположенную перед третьим компонентом, при этом первый компонент содержит положительную двухсклеенную линзу, состоящую из отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, и положительной линзы, и положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент содержит отрицательный мениск, обращенный вьшуклой поверхностью к пространству предметов, отрицательную и положительную линзы, третий компонент содержит положительную линзу с асферической поверхностью, обращенной к пространству предметов, и отрицательный мениск, четвертый компонент содержит положительную линзу и положительную двухсклеенную линзу, состоящую из отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, и положительной линзы, причем второй и четвертый компоненты установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, в отличие от прототипа в третьем компоненте расстояние между положительной линзой и отрицательным мениском составляет не менее 0,07 фокусного расстояния компонента, отрицательный мениск обращен вогнутой поверхностью к пространству изображений, а сумма оптических сил компонентов не превышает О,0 О 53 мм 1.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 О,О 053 мм 1, что позволяет автоматически исправить кривизну изображения. Третий положительный компонент содержит положительную линзу, у которой поверхность, обращенная к пространству предметов, асферическая и отрицательный мениск. Выбор в третьем компоненте формы отрицательного мениска и расстояния между положительной линзой и отрицательным мениском не менее 0,07 фокусного расстояния третьего компонента обеспечил исправление астигматизма, что позволило улучшить качество изображения объектива по всему полю во всем диапазоне изменения фокусных расстояний.Предлагаемый вариообъектив работает в широком спектральном диапазоне а 500-900 нм,фокусное расстояние объектива изменяется в пределах от 15 до 90 мм, относительное отверстие 12,813. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) на пространственной частоте М 30 мм 1 для точки на оси не ниже 0,7, для края поля зрения не ниже 0,6 во всем диапазоне изменения фокусных расстояний.На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.На фиг. 2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол,где К - радиусы кривизны поверхностей линз, В - расстояния между поверхностями линз, не показатель преломления стекол линз для линии е (ж 546 нм), у - число Аббе для линии е.На фиг. 3 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) в точке на оси для фокусного расстояния объектива Г 90,47 мм.На фиг. 4 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) в точке на краю поля зрения 29) 4 град для фокусного расстояния объектива 1 90,47 мм.На фиг. 5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) в точке на оси для фокусного расстояния объектива Г 15,08 мм.На фиг. 6 приведен график расчетной полихроматической частоте-контрастной характеристики (Т) в точке на краю поля зрения 2 24 град для фокусного расстояния объектива 1 15,08 мм.Частотно-контрасгные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже.Вариообъектив (фиг. 1) состоит из четырех компонентов 1-4. Компонент 1 состоит из положительной двухсклеенной линзы, состоящей из отрицательного мениска 5, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, и положительной линзы 6, выполненной двояковыпуклой, и положительного мениска 7, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов. Компонент 1 положителен и неподвижен. Фокусное расстояние компонента 52,98 мм.Компонент 2 содержит три одиночные линзы отрицательный мениск 8 имеет выпуклую поверхность, направленную к пространству предметов, отрицательную линзу 9, выполненную двояковогнутой, и положительную линзу 10, выполненную в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов. Компонент 2 отрицателен. Фокусное расстояние компонента - 12,73 мм. Перемещением вдоль оптической оси этого компонента достигается изменение фокусного расстояния объектива.Компонент 3 содержит положительную линзу 11, выполненную двояковыпуклой, с асферической поверхностью, обращенной к пространству предметов, и отрицательный мениск 12, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов. Третий компонент положителен И неподвижен. Его фокусное расстояние равно 37,7 мм.Компонент 4 содержит положительную линзу 13, выполненную двояковыпуклой, и положительную двухсклеенную линзу, состоящую из отрицательного мениска 14, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, и положительной линзы 15, выполненной в виде мениска, обращенного выпуклой стороной к пространству предметов. Фокусное расстояние объектива равно 35,88 мм. Компонент 4 движется возвратно-поступательно вдоль оптической оси, чем обеспечивает неподвижность плоскости изображения во всем диапазоне изменения фокусных расстояний объектива.Апертурная диафрагма 16 расположена перед третьим компонентом и осуществляет регулирование светового потока.Объектив работает со светофильтрами 17, 18 и сферическим защитным стеклом 19.Изменение фокусного расстояния объектива осуществляется при движении второго компонента на 23,8 мм. Четвертый компонент движется возвратно-поступательно с максимальной длиной хода 9,74 мм и обеспечивает неподвижность плоскости изображения при изменениифокусного расстоэшия объектива. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изо бражения составляет 114,5 мм, что составляет 1,261 шах-максимального фокусного расстояния объектива.В предлагаемой конструкции объектива сумма оптических сил компонентовФ Ф 1 Ф 2 ФзФ 4 -00053 ММ, где р 1,р 2,р 3 р 4 - величины, обратные фокусным расстояниям компонентов 12,3,4 соответственно, что позволяет исправить кривизну изображения по всему полю. Выбор в третьем компоненте формы отрицательного мениска и расстояния между положительной линзой и отрицательным мениском не менее 0,07 фокусного расстояния третьего компонента обеспечилисправление астигматизма, ЧТО ПОЗВОЛИЛО УЛУЧШИТЬ КЗЧССТВО ИЗОбРЗЖСНИЯ объектива ПО ВСЕМУ ПОЛЮ ВО ВССМ ДИЗПЗЗОНО ИЗМСНСНИЯ ФОКУСНЫХ РЗССТОЯНИЙ.Вариообъектив имеет следующие характеристикифокусное расстояние 15,0890,47 мм относительное отверстие 12,813 поле зрения 291 18 х 243 х 4 град.При фокусном расстоянии Г 15,08 мм сферическая аберрация составляет 0,01 мм, сферохроматизм не более 0,013 мм для спектрального диапазона 500-900 мкм, астигматизм не более 0,014 мм, относительная дисторсия 0,3 , аберрации широких пучков не более 0,03 мм.При фокусном расстоянии Г 90,47 мм сферическая аберрация не более 0,009 мм, сферохроматизм не более 0,04 мм, астигматизм не более 0,02 мм, относительная дисторсия 0,5 , аберрации широких пучков не более 0,02 мм. Значения аберраций приведены в единой плоскости изображения. Такое исправление аберраций позволило получить высокие значения полихроматических коэффициентов передачи модуляции на пространственной частоте Ы 30 мм 1 для точки на оси не ниже 0,7, для края поля зрения не ниже 0,6 во всем диапазоне изменения фокусных расстояний, на пространственной частоте Ы 60 мм 1 для точки на оси не ниже 0,4, для края поля зрения не ниже 0,3 во всем диапазоне изменения фокусных расстояний.Таким образом, предложенный вариообъектив позволяет получить изображения объектов меньшего контраста, чем прототип.-1 10.66 2.9 1 63.75 2 1.3131 25.17 49.55 133 1 30.17 3.7 1.5133 63.33 43.15 0.2 1 27.291 7914 25.46 9.772 5.1. 1.6152 53.09 215.3 134 1 0.0 2.7 1.5183 53.83 0.0 уравнение поверхиостижч уа ув 3 ущ удпдую ад 0.0195 З 89 аг-0.089696 Е 4 а 0.184342 Р 6 на 2954315-8 щ-1952617 Е-10где ось х совпадает о оптической осью объектива. ось у проходит чернаПОВВрХНООГИЩИКИППЮ НВ оси Х, И ОРПВГОНВПЬНВ