Объектив с дискретным изменением фокусного расстояния

Авторы патента:

Погорельский Семён Львович (RU)

Амосов Николай Викторович (RU)

Степаничев Игорь Вениаминович (RU)

Бушмелев Николай Иванович (RU)

G02B15/02 - путем замены, добавления или удаления части объектива

Владельцы патента RU 2333517:

Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" (RU)

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.

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.

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 мм	F=170 мм	F=60 мм
№ пов.	Радиус, мм	Толщина, мм	Марка стекла	Радиус, мм	Толщина, мм	Марка стекла	Радиус, мм	Толщина, мм	Марка стекла
1	317.7	14	ТК21	317.7	14	ТК21	317.7	14	ТК21
2	-217.8	8	ТФ5	-217.8	8	ТФ5	-217.8	8	ТФ5
3	613.8	1		613.8	1		613.8	1
4	148.59	12	БФ21	148.59	12	БФ21	148.59	12	БФ21
5	325.1	10	БК8	325.1	10	БК8	325.1	10	БК8
6	432.5	195		432.5	55		432.5	25
7	-	-	-	-263	7	СТК3	-154.88	7	СТК3
8	-	-	-	117.49	85		59.16	95
9	-	-	-	∞	10	ТК21	∞	10	ТК21
10	-	-	-	-109.65	38		-93.33	58
11	-77.62	5	СТК3	-77.62	5	СТК3	-77.62	5	СТК3
12	-765.6	7	Ф1	-765.6	7	Ф1	-765.6	7	Ф1
13	-124.45	105		-124.45	10		-124.45	30
14	-	-	-	92.47	10	ТК21	136.46	10	ТК21
15	-	-	-	-155.60	5	ТФ5	-49.2	5	ТФ5
16	-	-	-	-363.10	25		-115.88	30
17	-	-	-	51.05	10	ТК21	49.2	10	ТК21
18	-	-	-	-155.60	5	ТФ5	-95.06	5	ТФ5
19	-	-	-	38.37	40		55.98	15
20	∞	40	К8	∞	40	К8	∞	40	К8
21	∞	8		∞	8		∞	8
22	∞	5	К8	∞	5	К8	∞	5	К8
23	∞	10		∞	10		∞	10

Таблица 2
Фокусное расстояние F, мм	500	170	60
Относительное отверстие, D/F	1:5.5	1:3.2	1:2.6
Диапазон длин волн, λ, нм	600-800
Линейное поле, 2Y, мм	30
Длина оптической системы, L мм	420
Угловое поле, 2W, град	3.5	10.3	28.5
Значение ЧКХ на 50 мм^-1, Т__центр(50)	0.74	0.78	0.63
Значение ЧКХ на 50 мм^-1, Т__край__саг(50)	0.72	0.70	0.61
Значение ЧКХ на 50 мм^-1, Т__край__мер(50)	0.70	0.55	0.53
Значение ЧКХ на 100 мм^-1, Т__центр(100)	0.50	0.55	0.35
Значение ЧКХ на 100 мм^-1, Т__край__саг(100)	0.48	0.47	0.36
Значение ЧКХ на 100 мм^-1, Т__край__мер(100)	0.43	0.25	0.20

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.

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.

Изобретение относится к измерительной технике, а также к области автоматизации технологических процессов в машиностроении. .

Объектив с дискретным изменением фокусного расстояния // 2112256

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в телевизионных системах. .

Объектив с дискретным изменением фокусного расстояния для ближайшей ик-области спектра // 2079154

Изобретение относится к специальным объективам и может использоваться для наблюдения местности в ближней ИК-области спектра. .

Телескоп с дискретным изменением увеличения для дальней ик- области спектра // 2072736

Объектив с дискретным изменением фокусного расстояния для широкой области спектра // 2063058

Изобретение относится к специальным объективам и может быть использовано в прицепах. .

Телеобъектив с дискретным изменением фокусного расстояния // 2037856

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с дискретным изменением фокусного расстояния, предназначенным для работы в наблюдательных приборах с телевизионными приемниками.

Светосильный объектив с дискретным изменением фокусного расстояния // 1517001

Изобретение относится к светосильным объективам и может быть использовано при работе с различными приемниками изображения. .

Телеконвертер для увеличения фокусного расстояния фотообъективов // 1420581

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет повысить качество изображения при работе с основным фотообъективом. .

Оптическая насадка к объективу для съемок на границе воздушной и жидкой сред // 1365019

Изобретение относится к кинофототехнике и позволяет повысить качество изображения и удобство эксплуатации устр-ва за счет формирования границы раздела кадра уровнем погружения насадки.

Оптическая система с дискретным изменением фокусного расстояния // 1048445

Панкратическая система // 2411557

Изобретение относится к области оптики, к системам с переменным фокусным расстоянием, а именно к панкратическим системам, и может применяться в видеокамерах, цифровых фотоаппаратах или подобных им оптоэлектронных устройствах, имеющих приемник изображения

Двухспектральный объектив с дискретно изменяемым фокусным расстоянием // 2481602

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения // 2570062

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система состоит из расположенных вдоль оптической оси трех компонентов. Первый неподвижный компонент содержит первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и отрицательную вогнуто-выпуклую третью линзу. Второй подвижный компонент установлен с возможностью ввода-вывода в оптический тракт и содержит первую и вторую отрицательные вогнуто-выпуклые линзы и дополнительно введенную третью двояковыпуклую линзу. Неподвижный третий компонент содержит первую положительную и вторую отрицательную вогнуто-выпуклые линзы и введенную третью положительную выпукло-вогнутую линзу и четвертую положительную вогнуто-выпуклую линзу. Подвижный второй компонент установлен в пространстве между неподвижными первым и третьим компонентами. Технический результат - повышение кратности изменения поля зрения и уменьшение значения коэффициента телеукорочения при сохранении качества изображения. 1 ил., 3 табл.

Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием // 2578268

Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием может быть использован в оптико-электронных приборах, работающих в дальней ИК-области. Объектив включает расположенные по ходу луча первый положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, второй мениск с возможностью его перемещения по оптической оси, апертурную диафрагму и третий положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений. Первый и третий мениски содержат по одной асферической поверхности. Второй мениск выполнен отрицательным и в первом фиксированном положении обращен выпуклостью к плоскости изображений, а во втором фиксированном положении повернут на 180° относительно первого фиксированного положения. Оптическая сила перемещаемого второго компонента ОС2 составляет: |ОС2| ≥ ОСоб.min, где ОСоб.min - минимальная оптическая сила объектива. Технический результат - уменьшение количества линз и увеличение диапазона изменения фокусных расстояний с сохранением высокой светосилы и качества изображения. 1 ил., 2 табл.

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения // 2603449

Оптическая система тепловизионного прибора состоит из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью отрицательную выпукло-вогнутые линзы, подвижного второго компонента, содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью положительную вогнуто-выпуклые линзы, неподвижного третьего компонента, содержащего первую положительную вогнуто-выпуклую линзу, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу и третью положительную двояковыпуклую линзу, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. Подвижный второй компонент установлен с возможностью ввода-вывода в оптический тракт. Технический результат - увеличение фокусного расстояния при сохранении значения коэффициента телеукорочения и качества изображения. 1 ил., 3 табл.

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения // 2608395

Изобретение может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую положительную, вторую отрицательную и третью положительную выпукло-вогнутые линзы, второго компонента, содержащего первую отрицательную вогнуто-выпуклую, вторую двояковыпуклую и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзы, третьего компонента, содержащего первую двояковыпуклую, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. Второй компонент установлен с возможностью ввода-вывода в оптический тракт. Вторая и третья линзы первого компонента установлены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси. Технический результат - улучшение эксплуатационных возможностей за счет эффективной работы системы при изменении температуры в двух полях зрения при сохранении габаритов, уменьшении массы и высоком качестве изображения. 3 ил., 3 табл.

Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием // 2641513

Объектив может быть использован в оптико-электронных приборах в условиях ограничения по массе и габаритам при эксплуатации. Объектив включает расположенные по ходу луча первый положительный мениск с одной асферической поверхностью, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, второй мениск с возможностью его поворота на 180° и перемещения по оптической оси и третий положительный мениск с одной асферической поверхностью, обращенный вогнутостью к плоскости изображений. Апертурная диафрагма расположена между третьим мениском и плоскостью изображения. Воздушный промежуток d6 между третьим мениском и апертурной диафрагмой составляет где - задний фокальный отрезок объектива. Технический результат - уменьшение габаритных размеров оптики по диаметру и длине и уменьшение веса оптических деталей с сохранением светосилы и приемлемого качества изображения. 1 ил., 2 табл.

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения // 2646401

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, второго компонента, установленного с возможностью ввода-вывода в оптический тракт и содержащего первую отрицательную и вторую положительную вогнуто-выпуклые линзы и третью положительную выпукло-вогнутую линзу, третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную вогнуто-выпуклые линзы, третью выпукло-вогнутую и четвертую вогнуто-выпуклую положительные линзы, и фотоприемного устройства. Введен четвертый компонент, установленный с возможностью ввода-вывода в оптический тракт в пространстве между первым и третьим компонентами и содержащий две положительные линзы. Технический результат - повышение вероятности обнаружения и распознавания объектов за счет выравнивания неоднородности чувствительных элементов и компенсации температурной расфокусировки изображения в двух полях зрения при сохранении компактности. 3 ил., 4 табл.