Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения



Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения
Оптическая система объектива-трансфокатора со стабилизацией изображения

 


Владельцы патента RU 2423732:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственная корпорация "Государственный оптический институт имени С.И. Вавилова (ФГУП "НПК "ГОИ им. С.И. Вавилова") (RU)
Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." (KR)

Оптическая система объектива-трансфокатора включает тринадцать линз, объединенных в четыре блока. Блоки 1, 3 и 4, отсчитываемые от объекта съемки, положительные, блок 2 - отрицательный и выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Блок 1 состоит из четырех линз, причем внешняя поверхность первой линзы выполнена вогнутой в направлении плоскости изображения. Блок 3 состоит из трех менисковых линз, чьи вогнутые поверхности направлены в сторону плоскости изображения, и выполнен с возможностью поперечного смещения относительно оптической оси. Блок 4 выполнен в виде выпукло-вогнутой склеенной линзы. Параметры линз и материалы, из которых они изготовлены, соответствуют значениям, указанным в приведенных в формуле изобретения таблицах. Технический результат - повышение степени коррекции монохроматической и хроматической аберраций для достижения значения пространственной частоты T(N=160)≥0,2 при угле стабилизации ±0,2°, диапазоне увеличений 10-20× и длине, практически равной максимальному фокусному расстоянию. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 9 табл.

 

Изобретение относится к конструкции оптических приборов, а именно - к конструкции высококачественных объективов-трансфокаторов с большим диапазоном увеличения, которые применяются в видеокамерах и иных съемочных устройствах и снабжены функцией оптической стабилизации изображения при вибрации или тряске.

Из уровня техники известны конструкции оптических систем в виде многокомпонентных объективов-трансфокаторов (zoom lens), которые обеспечивают масштабирование изображения и имеют конкретные характеристики по светосиле и ракурсу. Одна из таких конструкций описана в патенте США №6392816 [1]. В этом техническом решении предложена оптическая система со свойствами трансфокатора, состоящая из пяти линз или групп линз, причем изменение масштабирования обеспечивается продольным перемещением, по меньшей мере, двух линз или групп линз.

В данном решении не предусмотрено средств для борьбы с поперечным перемещением объектива, например, вследствие дрогнувшей руки оператора. В подобных конструкциях качество изображения во всем диапазоне фокусных расстояний определяется как модуляционная передаточная функция (MTF) на данной пространственной частоте T(N=140-160)≤0.2. В этом выражении безразмерная величина T представляет собой частотно-контрастную характеристику, определяемую как отношение величины контраста репродукции (изображения, получаемого с помощью воспроизводящей системы), к контрасту соответствующей области оригинала (воспроизводимого объекта). Значение частотно-контрастной характеристики Т зависит от пространственной частоты деталей оригинала N: чем больше частота N, тем ниже T. Поэтому частотно-контрастной характеристикой называют также график зависимости T от N, измеренный с помощью некоторого стандартного тест-объекта (см. http://ni.wikipedia, org/wiki/MTF) [2].

При введении бокового смещения линз, компенсирующего смещение изображения в пределах данного пространственного угла ±0.2°, значение MTF может уменьшаться до 0,1.

Конструкции, предусматривающие возможность стабилизации аппаратуры при съемке, также широко известны. В частности, одна из таких конструкций описана в патенте США №7126760 [2], в котором предложена оптическая система со свойствами трансфокатора и с перемещаемой в поперечном направлении линзой, обеспечивающей определенный стабилизирующий эффект. Существенным недостатком такой конструкции является ее большой вес, большое число линз (15 линз) и наличие шести асферических поверхностей, сложных в производстве. Отмеченный недостаток ограничивает сферу применения такой конструкции, Тем не менее, именно это решение является наиболее близким к изобретательскому замыслу, изложенному в настоящей заявке.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в том, чтобы разработать такую конструкцию оптической системы, которая обеспечивала бы такую степень коррекции монохроматической и хроматической аберрации, при которой можно было бы достигнуть значения T(N=160)≥0,2 при угле стабилизации ±0,2° в светосильном объективе-трансфокаторе с диапазоном 10-20× и при длине, практически равной максимальному фокусному расстоянию.

Технический результат достигается за счет усовершенствованной конструкции оптической системы со свойствами трансфокатора и с возможностью стабилизации захваченного изображения, при этом заявляемая оптическая система включает в себя тринадцать линз, объединенных в четыре блока, из которых блоки 1, 3 и 4, отсчитываемые от объекта съемки, имеют положительную рефракцию, а блок 2 имеет негативную рефракцию и выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси; блок 1 состоит из четырех линз, причем внешняя поверхность первой линзы выполнена вогнутой в направлении плоскости изображения; блок 3 состоит из трех менисковых линз, чьи вогнутые поверхности направлены в сторону плоскости изображения; блок 4 выполнен в виде выпукло-вогнутой склеенной.линзы, при этом блок 3 выполнен с возможностью поперечного смещения относительно оптической оси системы.

При реализации заявляемого изобретения предпочтительно выполнять блок 3 таким образом, чтобы его кратность увеличения лежала в диапазоне от -0,58 до -0,45.

При реализации заявляемого изобретения важно, чтобы апертурная диафрагма была зафиксирована по отношению к плоскости изображения.

Экспериментально найденные предпочтительные параметры используемых в заявляемом изобретении линз приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры линз

Термины в столбце «Материал» можно найти в каталогах оптических фирм http://glass.ifmo.ru/rus/prop.php?id=990 [3];

http://refractivemdex.info/index.php?group=HOYA&material [4];

http://www.knightoptical.com/php/browseCategory.php?cat=12&catClr=[5] и др.

Все асферические поверхности, используемые в данном примере реализации изобретения, выполнены с высокой точностью обработки. При этом основные параметры асферических поверхностей приведены в вышеприведенной таблице и рассчитывались по формуле:

Поведение блоков заявляемой системы при трансфокации иилюстрируется Таблицей 2.

A=0,7+δ C=7,846+t

B=32,47-δ D=3,73-t

Заявленные особенности конструкции блоков 1, 3 и 4, а также применение указанных в примере материалов при изготовлении линз позволили добиться существенных преимуществ по сравнению с прототипом [2], в частности уменьшилось число используемых линз и число асферических поверхностей, за счет чего уменьшилась общая длина объектива, улучшилось значение MTF, в частности оптическая стабилизация в диапазоне ±0,2° обеспечивает значение MTF на уровне >0,2.

Для лучшего понимания сущности заявляемого изобретения далее предлагаются соответствующие графические материалы.

На Фиг.1 представлен в разрезе общий вид объектива-трансфокатора согласно изобретению, где Li - линза, ri - радиус кривизны, блоки линз.

На Фиг.2 представлен в разрезе объектив-трансфокатор с диаграммой оптического канала, при настройке на первую конфигурацию (широкоугольный объектив).

На Фиг.3 представлены диаграммы аберрации объектива-трансфокатора согласно изобретению при настройке на первую конфигурацию (широкоугольный объектив).

На Фиг.4 представлен вид в разрезе объектива-трансфокатора с диаграммой оптического канала при настройке на вторую конфигурацию.

На Фиг.5 представлены диаграммы аберрации объектива-трансфокатора согласно изобретению при настройке на вторую конфигурацию.

На Фиг.6 представлен в разрезе вид объектива-трансфокатора с диаграммой оптического канала при настройке на третью конфигурацию.

На Фиг.7 представлены диаграммы аберрации объектива-трансфокатора согласно изобретению при настройке на третью конфигурацию.

На Фиг.8 представлен в разрезе вид объектива-трансфокатора с диаграммой оптического канала при настройке на четвертую конфигурацию.

На Фиг.9 представлены диаграммы аберрации объектива-трансфокатора согласно изобретению при настройке на четвертую конфигурацию.

На Фиг.10 представлен в разрезе вид объектива-трансфокатора с диаграммой оптического канала при настройке на пятую конфигурацию (телеобъектив).

На Фиг.11 представлены диаграммы аберрации объектива-трансфокатора согласно изобретению при настройке на пятую конфигурацию (телеобъектив).

Заявляемое изобретение может найти применение в проектировании объективов-трансфокаторов, используемых в съемочной аппаратуре, обеспечивая качественную съемку с руки или с движущейся платформы без привлечения средств механической или электронной стабилизации.

1. Оптическая система объектива-трансфокатора, включающая в себя тринадцать линз, объединенных в четыре блока, из которых блоки 1, 3 и 4, отсчитываемые от объекта съемки, имеют положительную рефракцию, а блок 2 имеет негативную рефракцию и выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси; блок 1 состоит из четырех линз, причем внешняя поверхность первой линзы выполнена вогнутой в направлении плоскости изображения; блок 3 состоит из трех менисковых линз, чьи вогнутые поверхности направлены в сторону плоскости изображения; блок 4 выполнен в виде выпукло-вогнутой склеенной линзы, а блок 3 выполнен с возможностью поперечного смещения относительно оптической оси системы, при этом параметры линз и материалы, из которых изготовлены линзы, соответствуют значениям, указанным в нижеприведенных таблицах:

Поверхность Радиус (r) Толщина Материал Nd d Световой диаметр
1 82,6866 1,4 Fds9 1,846658 23,9 37
2 51,04025 5 Fcdl 1,496997 81,6 36
3 -1386,419 0,3 35,6
4 60,66452 3,3 Fcdl 1,496997 81,6 34,4
5 225,72152 0,3 33,8
6 29,21217 4 Fcdl 1,496997 81,6 31,4
7 74,03293 A 30,8
8 57,62576 1 Tafd30 1,882996 40,8 15,4
9 7,92549 4 11,6
10 -17,86529 0,9 Tafd5 1,834996 43 11,6
11 32,65467 0,7 11,6
12 22,26055 3 Fds9 1,846658 23,9 11,8
13 -24,77488 1 Tafd5 1,834996 43 11,8
14 -57,73435 В 11,8
15 Диафрагма 0,7 6,8-10,2
16 9,67514 2,5 LacL3 1,664795 53,4 10,8
17 16,37449 2 10,2
18* 7,6924497 (асфер.) 2,9 M-pcd4 1,61881 63,85 9,6
19 -82,74007 0,5 9
20 71,59357 1 L-nbh54 1,902 25,1 8,2
21* 8,8146266 (асфер.) C 7,4
22 11,89249 3,2 Lac 13 1,693501 53,3 8,4
23 -21,11966 1 F6 1,636352 35,3 8
24 33,93558 D 7,8
25 0,3 Bsc7 1,516798 64,2 6,6
26 0,3 6,6
27 0,5 Bsc7 1.516798 64,2 6,4
28 0,4 6,4
Изображ. F
Опорная дайна волны 546,07 нм
Конфигурация 1 2 3 4 5
А 0,7 23,287 28,298 30,483 32,471
В 32,47 9,883 4,872 2,687 0,699
С 7,846 3,11 3,526 5,21 9,759
D 3,73 8,466 8,05 6,366 1,817
BFL 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
F -0,0166 0,0174 -0,008 -0,025 -0,0175
EFL 5 23 40 53 75
Асферические константы поверхности
ASP 18 ASP21
Кривизна 0,1299976=1/r 0,1134478=1/r
k -0,5611781 -4,042887e-5
a 0 0
b 9,1680091е-5 5,3525709e-4
c -3,6300519е-7 7,7200082e-6
d 1,8933452e-8 6,0747594e-8
e -2,2026398е-9 1,1527088e-8
f - -1,1796855e-9
Конфиг. 1 2 3 4 5
⊘ап. диафр. 10,2 8,4 7,8 6,8 6,8
⊘вх. зрачок 2,65 9,85 16,02 18,9 25,9
Отнош. ал. f'/⊘вх. зрачка 1,89 2,33 2,5 2,8 2,89

2. Оптическая система объектива-трансфокатора по п.1, отличающаяся тем, что блок 3 выполнен таким образом, чтобы его кратность увеличения лежала в диапазоне от -0,58 до -0,45.

3. Оптическая система объектива-трансфокатора, отличающаяся тем, что апертурная диафрагма зафиксирована по отношению к плоскости изображения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и предназначено для создания и исследования изображений непосредственно на сетчатке глаза, для диагностики состояния оператора в различных областях техники, для проецирования на сетчатку диспетчера или пилота дополнительной информации.

Изобретение относится к управляемым гиростабилизаторам линии визирования, работающим на подвижных объектах и предназначенным для стабилизации оптического изображения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах формирования изображения терагерцового диапазона, в сканирующих системах радиовидения.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при аэрофотосъемке. .

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для автоматической юстировки оптических систем в условиях вибраций. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, связано со стабилизацией изображения наблюдаемых объектов в оптических приборах, работающих на подвижном основании, и предназначено для создания наблюдательных систем типа телескопа или бинокля.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к гиростабилизированным устройствам, размещаемым на подвижных объектах. .

Изобретение относится к области конструирования оптических систем, а именно к панкратическим объективам, и может быть использовано в цифровых фотокамерах класса «ультразум», а также в любых фото- и видеосистемах, где требуется большой диапазон фокусных расстояний.

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.

Изобретение относится к устройству ввода компьютера, предназначенному для формирования гладких электронных чернил, или данных перьевого ввода. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам, предназначенным для дальней инфракрасной (ИК) области спектра, обеспечивающим дискретное изменение фокусного расстояния, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, в том числе тепловизоров смотрящего типа, использующих матричные приемники инфракрасного диапазона.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в качестве объектива тепловизионных приборов для наблюдения и опознавания объектов по тепловому излучению.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в объективах с переменным фокусным расстоянием. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в телевизионных камерах, кино- и фотокамерах, приборах ночного видения, комбинированных дневно-ночных приборах и других приборах, использующих несколько спектральных диапазонов.

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано в оптическом приборостроении. .

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано в оптическом приборостроении. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с переменным фокусным расстоянием, и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ЭОПе или ПЗС-матрице.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с переменным фокусным расстоянием, и может использоваться в системах преобразования лазерного излучения приборов наведения
Наверх