close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15650

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.04.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 02B 15/14 (2006.01)
ВАРИООБЪЕКТИВ
(21) Номер заявки: a 20100608
(22) 2010.04.22
(43) 2011.12.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Пеленг" (BY)
(72) Авторы: Кунделева Наталия Ефимовна; Агзамов Александр Мухтарович (BY)
BY 15650 C1 2012.04.30
BY (11) 15650
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "Пеленг" (BY)
(56) BY 8411 C1, 2006.
BY 8734 C1, 2006.
RU 2328761 C2, 2008.
SU 1720049 A1, 1992.
EP 0529646 A1, 1993.
JP 58054312 A, 1983.
(57)
Вариообъектив, содержащий четыре оптических компонента, первый и четвертый из
которых положительные, а второй и третий - отрицательные и установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, при этом первый компонент содержит положительную линзу, склеенную из отрицательного мениска, обращенного выпуклой
поверхностью к пространству предметов, и двояковыпуклой линзы, и положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент
содержит двояковогнутую линзу и отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде отрицательной
линзы, склеенной из положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к
пространству изображений, и двояковогнутой линзы, а четвертый компонент, перед которым установлена апертурная диафрагма, содержит четыре положительных линзы, первая
из которых двусклеенная, а вторая - положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, отличающийся тем, что первый компонент содержит положительную линзу, установленную между его положительной склеенной
линзой и положительным мениском, отрицательный мениск второго компонента установлен перед его двояковогнутой линзой, за которой установлен положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, двусклеенная линза
Фиг. 1
BY 15650 C1 2012.04.30
четвертого компонента содержит двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, между его
второй и третьей положительными линзами установлен отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, а между его третьей и четвертой
линзами, выполненными двояковыпуклыми, установлены два отрицательных мениска,
обращенные выпуклой поверхностью к пространству изображений, при этом в четвертом
компоненте расстояние между вторым отрицательным мениском и двояковыпуклой линзой составляет не менее 0,34 фокусного расстояния f '4 этого компонента, а отношения фокусных расстояний f '1/f '2, f '3/f '2 и f '1/f '4, где f '1, f '2 и f '3 - фокусные расстояния первого,
второго и третьего компонента соответственно, заданы в соответствии с выражениями:
-2,4 < f '1/f '2 < -2,3;
0,7 < f '3/f '2 < 0,73;
1,7 < f '1/f '4 < 1,8.
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], содержащий пять компонентов, причем первый, четвертый и пятый компоненты положительные, а второй и третий компоненты отрицательные и
установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Первый компонент содержит положительную двусклеенную линзу и положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов. Второй компонент содержит одиночный
отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов,
и двусклеенную линзу, состоящую из двояковогнутой линзы и положительного мениска.
Третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству изображений. Четвертый компонент содержит две положительные линзы. Пятый компонент содержит две группы линз, первая группа включает
положительную линзу, отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к
пространству предметов, и положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью
к пространству изображений, вторая группа линз содержит положительную линзу, отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, и
положительную линзу. Апертурная диафрагма расположена между четвертым и пятым
компонентами. Данная конструкция объектива обеспечивает почти 8-кратное изменение
фокусного расстояния. Недостатком вариообъектива является относительно невысокое
качество изображения по всему полю зрения для всего диапазона фокусных расстояний
(сферическая аберрация составляет 0,05 мм, астигматизм 0,13 мм, дисторсия не менее 3 %).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническому решению является
объектив с переменным фокусным расстоянием [2], предназначенный для использования
в видеокамерах с формированием изображения на ПЗС-матрице. Вариообъектив содержит
четыре компонента, из которых первый и четвертый компоненты положительные, а второй и третий компоненты отрицательные и установлены с возможностью перемещения
вдоль оптической оси. Первый компонент содержит положительную линзу, склеенную из
отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, и положительный мениск, склеенный
из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй компонент содержит две отрицательные линзы, вторая из которых склеена из отрицательного и положительного менисков, обращенных вогнутой поверхностью к пространству изображений. Третий компонент
выполнен в виде двусклеенной линзы, содержащей положительный мениск, обращенный
вогнутой поверхностью к пространству предметов, и двояковогнутую линзу. Четвертый
компонент содержит две группы линз, отстоящих друг от друга на расстоянии не менее
половины заднего фокального отрезка, из которых первая по ходу луча группа включает
2
BY 15650 C1 2012.04.30
последовательно двусклеенную линзу и два положительных мениска, обращенные вогнутыми поверхностями к пространству изображений, вторая группа содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, и
положительную двусклеенную линзу. Апертурная диафрагма расположена перед четвертым компонентом. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображений для поля зрения 2W не более 21°. Относительная дисторсия для максимального
угла поля зрения достигает 2 %. Недостатком прототипа является то, что его оптическая схема не позволяет увеличить поле зрения при сохранении высокого качества изображения.
Задачей изобретения является увеличение поля зрения и уменьшение относительной дисторсии при одновременном сохранении высокого качества изображения во
всем диапазоне изменений фокусных расстояний вариообъектива, составляющем не менее 5,5 крат.
Вариообъектив содержит четыре оптических компонента, первый и четвертый из которых положительные, а второй и третий - отрицательные и установлены с возможностью
перемещения вдоль оптической оси, при этом первый компонент содержит положительную линзу, склеенную из отрицательного мениска, обращенного выпуклой поверхностью
к пространству предметов, и двояковыпуклой линзы, и положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент содержит
двояковогнутую линзу и отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к
пространству предметов, третий компонент выполнен в виде отрицательной линзы, склеенной из положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству
изображений, и двояковогнутой линзы, а четвертый компонент, перед которым установлена апертурная диафрагма, содержит четыре положительные линзы, первая из которых
двусклеенная, вторая - положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к
пространству предметов, в отличие от прототипа, первый компонент содержит положительную линзу, установленную между его положительной склеенной линзой и положительным мениском, отрицательный мениск второго компонента установлен перед его
двояковогнутой линзой, за которой установлен положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, двусклеенная линза четвертого компонента содержит двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, между его второй и третьей
положительными линзами установлен отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, а между его третьей и четвертой линзами, выполненными двояковыпуклыми, установлены два отрицательных мениска, обращенные
выпуклой поверхностью к пространству изображений, при этом в четвертом компоненте
расстояние между вторым отрицательным мениском и двояковыпуклой линзой составляет
не менее 0,34 фокусного расстояния f '4 этого компонента, а отношения фокусных расстояний f '1/f '2, f '3/f '2 и f '1/f '4, где f '1, f '2 и f '3 - фокусные расстояния первого, второго и
третьего компонентов соответственно, заданы в соответствии с выражениями:
-2,4 < f '1/f '2 < -2,3;
0,7 < f '3/f '2 < 0,73;
1,7 < f '1/f '4 < l,8.
Введение в первый компонент положительной линзы, установленной между его положительной склеенной линзой и положительным мениском, а также введение во второй
компонент положительного мениска, установленного за двояковогнутой линзой, позволило увеличить поле зрения по сравнению с прототипом. Введение отрицательного мениска,
установленного между второй и третьей положительными линзами четвертого компонента, а также двух отрицательных менисков, установленных между его третьей и четвертой
линзами, и выбор расстояния между вторым отрицательным мениском и четвертой положительной линзой не менее 0,34 фокусного расстояния f '4 четвертого компонента позволило исправить относительную дисторсию до величины не более 0,8 % во всем диапазоне
изменений фокусных расстояний, а также исправить сферическую аберрацию при боль3
BY 15650 C1 2012.04.30
шом фокусном расстоянии. Конструкция второго компонента и его перемещение позволяет исправить полевые аберрации широких наклонных пучков в области малых фокусных
расстояний. Выбор отношений фокусных расстояний f '1/f '2, f '3/f '2 и f '1/f '4, где f '1, f '2 и f '3 фокусные расстояния первого, второго и третьего компонента соответственно, удовлетворяющих следующим соотношениям:
-2,4 < f '1/f '2 < -2,3;
0,7 < f '3/f '2 < 0,73;
1,7 < f '1/f '4 < l,8,
позволил получить конструкцию вариообъектива с диапазоном изменения фокусных расстояний не менее 5,8 крат при сохранении высокого качества изображения.
Предлагаемый вариообъектив работает в спектральном диапазоне λ = (680...820) нм,
фокусное расстояние объектива изменяется в пределах от 38,7 до 226,3 мм, относительное
отверстие 1 : 4. Угол поля зрения 2W = 31…5,4°. Относительная дисторсия во всем диапазоне изменений углов полей зрения не превышает 0,8 %. Сферохроматическая аберрация
не превышает 0,016 мм, астигматизм не более 0,06 мм, аберрации широких пучков не более 0,018 мм во всем диапазоне изменений фокусных расстояний.
На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого вариообъектива.
На фиг. 2 приведены конструктивные параметры линз вариообъектива и характеристики стекол, где R - радиусы кривизны поверхностей линз, D - расстояния между поверхностями линз, ne - показатель преломления стекол линз для линии e (λ = 546 нм), νe число Аббе для линии e, f - фокусное расстояние вариообъектива.
На фиг. 3 приведены графики относительной дисторсии для минимального и максимального фокусных расстояний вариообъектива.
На фиг. 4 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) в точке на оси для фокусного расстояния f ' = 38,7 мм.
На фиг. 5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) в точке на краю поля зрения 2W = 31° для фокусного расстояния f ' = 38,7 мм.
На фиг. 6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) в точке на оси для фокусного расстояния f ' = 226,3 мм.
На фиг. 7 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) в точке на краю поля зрения 2W = 5,42° для фокусного расстояния
f ' = 38,7 мм.
Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже.
680
725
766,5
775
820
λ, мкм
С
0,1
0,8
1
0,8
0,1
Вариообъектив (фиг. 1) состоит из четырех компонентов 1-4. Компонент 1 содержит
положительную линзу, склеенную из отрицательного мениска 5, обращенного выпуклой
поверхностью к пространству предметов, и двояковыпуклой линзы 6, двояковыпуклую
линзу 7, положительный мениск 8, обращенный выпуклой поверхностью к пространству
предметов. Компонент 1 положительный и неподвижный, и его фокусное расстояние равно 142,7 мм.
Компонент 2 содержит отрицательный мениск 9, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, двояковогнутую линзу 10 и положительный мениск 11,
обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов. Фокусное расстояние
компонента -60,9 мм. Перемещением вдоль оптической оси этого компонента достигается
изменение фокусного расстояния объектива.
4
BY 15650 C1 2012.04.30
Компонент 3 выполнен в виде отрицательной линзы, склеенной из положительного
мениска 12, обращенного выпуклой поверхностью к пространству изображений, и двояковогнутой линзы 13. Его фокусное расстояние равно -43,8 мм. Перемещение вдоль оптической оси этого компонента обеспечивает неподвижность плоскости изображений во
всем диапазоне изменения фокусных расстояний объектива.
Компонент 4 содержит первую положительной линзу, склеенную из двояковыпуклой
линзы 14 и двояковогнутой линзы 15, вторую положительную линзу, выполненную в виде
положительного мениска 16, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, отрицательный мениск 17, обращенный выпуклой поверхностью к пространству
предметов, третью положительную линзу, выполненную двояковыпуклой линзой 18, два
отрицательных мениска 19, 20, обращенные выпуклой поверхностью к пространству изображений, четвертую положительную линзу, выполненную двояковыпуклой линзой 21.
Расстояние между отрицательным мениском 20 и четвертой положительной линзой 21
равно 29,2 мм, что составляет 0,357 фокусного расстояния четвертого компонента. Компонент 4 положителен и неподвижен. Фокусное расстояние компонента равно 81,9 мм.
Фокусные расстояния компонентов приведены для λ = 766,5 нм.
Апертурная диафрагма расположена перед четвертым компонентом. Рабочая область
спектра (680…820) нм выделяется светофильтром 22.
В положении, при котором второй и третий компоненты занимают крайнее левое положение, вариообъектив имеет минимальное фокусное расстояние 38,8 мм. При перемещении компонента 2 вправо к компоненту 3 на расстояние 49,1 мм, а компонента 3 вправо
по направлению к неподвижному компоненту 4 на расстояние 27,4 мм фокусное расстояние объектива плавно увеличивается до 226,9 мм.
Выбор отношений фокусных расстояний первого и второго компонентов, равных 2,34, отношений фокусных расстояний третьего и второго компонентов, равных 0,719, а
отношений фокусных расстояний первого и четвертого компонентов, равных 1,743, позволил получить конструкцию вариообъектива с диапазоном изменения фокусных расстояний не менее 5,8 крат при сохранении высокого качества изображения, при этом
длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения равна 279,9 мм, что
составляет 1,23f 'max, где f 'max - максимальный фокус вариообъектива.
Вариообъектив имеет следующие характеристики:
фокусное расстояние
38,83…226,96 мм,
относительное отверстие
1:4…1:4
поле зрения
2W = 31°…5°22'.
При фокусном расстоянии f ' = 38,83 мм сферическая аберрация составляет 0,005 мм,
сферохроматизм не более 0,02 мм, астигматизм не более 0,04 мм, относительная дисторсия не более 0,5 %.
При фокусном расстоянии f ' = 226,96 мм сферическая аберрация не более 0,005 мм,
сферохроматизм не более 0,015 мм, астигматизм не более 0,02 мм, относительная дисторсия не более 0,6 %. Значения аберраций приведены в единой плоскости изображения.
Таким образом, предложенный вариообъектив позволяет получить увеличение поля
зрения, уменьшение относительной дисторсии при одновременном сохранении высокого
качества изображения во всем диапазоне изменений фокусных расстояний вариообъектива, составляющем не менее 5,8 крат, по сравнению с прототипом.
Источники информации:
1. Патент US 5061051, МПК G 02B 15/00, 1990
2. Патент BY 8411, МПК G 02B 15/16, 2005 (прототип).
5
BY 15650 C1 2012.04.30
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
6
BY 15650 C1 2012.04.30
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
328 Кб
Теги
by15650, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа