Десятикратный ультракомпактный вариообъектив с макрорежимом

Объектив состоит из четырех последовательно расположенных компонентов: первого - положительного, второго - отрицательного, третьего и четвертого - положительных. Первый компонент неподвижен в режиме зуммирования и подвижен в макрорежиме и представляет собой склейку положительной и отрицательной линз. Второй компонент - подвижный и содержит двояковогнутую линзу и склейку положительной и отрицательной линз. Затвор с апертурной диафрагмой, снабженной двумя фиксированными отверстиями, расположен между вторым и третьим компонентами и выполнен с возможностью перемещения совместно с третьим компонентом. Расстояние от центра затвора до CCD матрицы лежит в диапазоне 0,42…0,50 общей длины объектива. Третий компонент подвижный и содержит склейку положительной и отрицательной линз и отрицательный мениск. Четвертый компонент подвижный и содержит склейку отрицательной и положительной менисковых линз и положительную линзу. Технический результат - уменьшение числа линз и асферических поверхностей при сохранении или повышении функциональных возможностей объектива. 2 з.п. ф-лы, 9 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области оптики, а более конкретно - к конструированию объективов с переменным фокусным расстоянием (часто обозначаемым терминами «вариообъектив» или «зум»), которые широко применяются в профессиональной и любительской фото- и видеоаппаратуре.

Известны различные конструкции вариообъективов, при этом некоторые из них отличаются большим диапазоном финансовых расстояний, сохраняя относительно небольшие линейные размеры. Совместить два этих признака достаточно сложно из-за особенностей конструкции многолинзовой оптической системы, обеспечивающей возможность получения качественных снимков в режиме ТЕЛЕ и МАКРО.

Среди наиболее удачных конструкций следует упомянуть патент США №6762886 [1], в котором описана конструкция десятикратного широкоугольного объектива с переменным фокусным расстоянием (см. Фиг.8). Объектив имеет следующие основные характеристики:

- перепад фокусных расстояний: 10х

- фокусное расстояние: 46/4,4 мм

- угловое поле: 68,58/7,462 град

- подвижные компоненты: 2 и 4

- число линз: 13

- число асферических поверхностей: 3.

Недостатком такой конструкции является наличие значительного числа линз, из которых три имеют асферические поверхности, что усложняет производство таких объективов и вызывает проблемы с миниатюризацией объективов, выполненных по такой схеме.

В качестве наиболее близкого к заявляемому изобретению можно сослаться на техническое решение, описанное в патенте США №6982835 [2]. В этом документе предложен объектив с переменным фокусным расстоянием, составленный из четырех групп линз (компонентов). Основные характеристики решения [2], схема которого приведена на Фиг.9, несколько отличаются от решения [1], а именно:

- перепад фокусных расстояний: 10х

- фокусное расстояние: 49,5/5,18 мм

- угловое поле: 63,5/6,82 град

- подвижные компоненты: 2 и 4

- число линз: 14

- число асферических поверхностей: 4

- полная длина: 85,49 мм.

Решение [2] имеет те же недостатки, что и решение [1], причем число линз и число асферических поверхностей даже несколько больше, чем в [1]. Тем не менее представляется возможным выбрать решение [2] в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в том, чтобы разработать конструкцию объектива с переменным фокусным расстоянием, причем число линз и асферических поверхностей должно быть меньше, чем в прототипе [2], при сохранении или превышении функциональных возможностей объектива по схеме прототипа [2].

Технический результат достигнут за счет разработки объектива с переменным фокусным расстоянием (вариообъектива), состоящего из четырех последовательно расположенных вдоль оптической оси компонентов: первого положительного компонента, второго отрицательного компонента, третьего и четвертого положительных компонентов, отличающегося тем, что

- первый компонент является неподвижным в режиме зуммирования и подвижным в макрорежиме и представляет собой склейку положительной и отрицательной линз;

- второй компонент является подвижным и составлен из двояковогнутой отрицательной линзы и склейки положительной и отрицательной линз;

- затвор с апертурной диафрагмой, снабженной двумя фиксированными отверстиями, расположен между вторым и третьим подвижными компонентами и выполнен с возможностью перемещения совместно с третьим компонентом;

- расстояние от центра затвора до CCD матрицы (аббревиатура от английского термина «Charge-Coupled Device», известна также как ПЗС-матрица) лежит в диапазоне 0,42…0,50 общей длины объектива;

- третий компонент является подвижным и составлен из склейки положительной и отрицательной линз, а также отрицательного мениска;

- четвертый компонент является подвижным и составлен из склейки отрицательной и положительной менисковых линз и положительной линзы.

Для нормального функционирования заявляемого объектива важно, чтобы в режиме зуммирования перемещение третьего компонента имело колебательный характер с двумя экстремальными значениями.

Для нормального функционирования заявляемого объектива важно, чтобы в макрорежиме первый, второй и третий компоненты вариообъектива перемещались совместно, при этом точная фокусировка объектива для разных фокусных расстояний и разных дальностей съемки обеспечивается за счет независимого перемещения четвертого компонента от цепи автофокусировки.

Такое техническое решение позволило создать ультракомпактный вариообъектив с большим перепадом фокусного расстояния и макрорежимом. При этом было достигнуто значительное упрощение оптической схемы за счет уменьшения числа линз до одиннадцати (по сравнению с четырнадцатью в конструкции прототипа [2]) и асферических поверхностей (две вместо четырех) с поддержанием обеспечиваемого в прототипе [2] качества изображения, в том числе и при большом угловом поле (>60 град в широкоугольном режиме). Уменьшение общего числа линз и числа асферических поверхностей упрощает производство таких вариообъективов. По сравнению с размерами конструкции-прототипа (85,49 мм) заявляемая конструкция при ее экспериментальной реализации имела полную длину, не превышающую 33 мм в рабочем состоянии. Кроме того, заявленная конструкция позволяет выполнить ее складной, причем в сложенном виде ее размер не превышал 14,5 мм.

Существо заявляемого изобретения поясняется далее с привлечением графических материалов.

Фиг.1. Оптическая схема реализованного объектива в сложенном состоянии (полная длина L=14,3 мм) согласно изобретению.

Фиг.2. ТЕЛЕ режим (f=40,821 mm)

Фиг.3. ТЕЛЕ + МАКРО режим @ L=1600 mm

Фиг.4. ТЕЛЕ + МАКРО режим @ L=800 mm

Фиг.5. ШИРОКОУГОЛ режим (f'=4,300 mm)

Фиг.6. ШИРОКОУГОЛ + МАКРО режим @ L=200 mm

Фиг.7. ШИРОКОУГОЛ + МАКРО режим @ L=100 mm

Фиг.8. Схема аналога [1]

Фиг.9. Схема прототипа [2].

Объектив с переменным фокусным расстоянием состоит из последовательно расположенных на оптической оси компонента 1, который является неподвижным при зуммировании и подвижным при макрорежиме, подвижных компонентов 2 и 4, подвижного компонента 3, перемещающегося по колебательному закону.

Компонент 1 представляет собой двухлинзовую склейку. Компонент 2 выполнен в виде отрицательной линзы и склейки из двух линз. Компоненты 3 и 4 выполнены в виде одиночной линзы и склейки из двух линз. Одиночная линза компонента 3 выполнена в виде мениска, а компонента 4 - в виде двояковыпуклой линзы.

Компоненты 2 и 4 установлены с возможностью смещения вдоль оптической оси по заданному закону в зависимости от требуемой величины фокального расстояния объектива.

Апертурная диафрагма 5 затвора размещена между слабо подвижным компонентом 3 и подвижным компонентом 2. Для иллюстрации на Фиг.1 показаны также инфракрасный фильтр 6 и CCD матрица 7.

Особенностью компонента 1 является его способность оставаться неподвижным при работе в режиме зуммирования и перемещаться вдоль оптической оси при работе в макрорежиме.

Ниже приведен пример конкретного выполнения объектива с переменным фокусным расстоянием согласно настоящему изобретению.

В таблице 1 приведены конструктивные параметры объектива - радиусы R кривизны поверхностей, толщины промежутков D между компонентами и марки стекол линз. Номера поверхностей приведены в возрастающем порядке от внешней поверхности компонента 1.

В таблице 2 приведены коэффициенты асферичности двух поверхностей.

В таблице 3 приведены размеры переменных воздушных промежутков для нескольких ZOOM-позиций. Апертурная диафрагма 5, расположенная между компонентами 2 и 3, имеет два рабочих диаметра ~1,39 мм и ~1,47 мм.

Таблица 1
Радиус кривизны поверхности (R) Размер промежутка (D) Марка стекла
1* 11,482 4,01 N-PSK57
2 -19,051 0,43 S-NPH1
3 -48,410 D1 (переменный)
4 -40,958 0,40 FPL51
5 22,306 0,05
6 31,516 1,82 S-NPH1
7 -14,269 0,40 LAH65
8 3,445 D2 (переменный)
9 ∞ (stop) 0,50
10 7,591 0,40 S-NPH1
11 6,422 0,69 LAL18
12 -42,851 0,05
13 10,562 0,42 N-PK52A
14 11,125 D3 (переменный)
15 -4,194 0,40 S-NPH1
16 -8,507 1,11 S-FPL51
17 -3,952 0,05
18 410,164 0,89 S-FPL51
19* -6,803 D4 (переменный)
20 0,30
21 0,20
Примечание: поверхности, к номерам которых в первой колонке таблицы 1 добавлена *, являются асферическими. Коэффициенты асферичности приведены в таблице 2.
Таблица 2
К А4 А6 А8 А10
1 -0,429632 -2,23847е-05 3,32662е-07 -6,55779е-09 3,70183е-11
19 5,7268е-3 2,3664е-03 -4,81251e-05 1,24282е-05 -3,86598е-07
Таблица 3
F D1 D2 D3 D4 Описание позиции
1 40,820 8,73 2,12 8,53 1,00 ТЕЛЕ
2 44,351 8,73 2,12 9,50 2,03 ТЕЛЕ + МАКРО (800)
3 4,300 0,08 10,77 1,75 7,78 ШИРОКОУГОЛ
4 4,270 0,08 10,77 1,58 8,00 ШИРОКОУГОЛ + МАКРО (100)

Изготовленный согласно изобретению объектив предназначен для использования в мобильных телефонах и ультракомпактных фотокамерах для получения цветных снимков с различным масштабом. При этом такой объектив имеет следующие характеристики:

- перепад фокусного расстояния: 10х

- фокусное расстояние: 40,82…4,30 мм

- диафрагменное число F#: 3,03…4,39

- угловое поле 2w, градусов: 7.9…67.26

- диапазон длин волн: видимый

- СКО волновой аберрации <1λ.

Следует отметить, что описанный вариант реализации изобретения приведен лишь в порядке иллюстрации, поэтому специалистам должно быть ясно, что возможны различные модификации этого технического решения, не выходящие за рамки притязаний, изложенных в формуле изобретения.

1. Объектив с переменным фокусным расстоянием, состоящий из четырех последовательно расположенных вдоль оптической оси компонентов: первого положительного компонента, второго отрицательного компонента, третьего и четвертого положительных компонентов, отличающийся тем, что
- первый компонент является неподвижным в режиме зуммирования и подвижным в макрорежиме и представляет собой склейку положительной и отрицательной линз;
- второй компонент является подвижным и составлен из двояковогнутой отрицательной линзы и склейки положительной и отрицательной линз;
- затвор с апертурной диафрагмой, снабженной двумя фиксированными отверстиями, расположен между вторым и третьим компонентами и выполнен с возможностью перемещения совместно с третьим компонентом;
- расстояние от центра затвора до CCD матрицы лежит в диапазоне 0,42…0,50 общей длины объектива;
- третий компонент является подвижным и составлен из склейки положительной и отрицательной линз, а также отрицательного мениска;
- четвертый компонент является подвижным и составлен из склейки отрицательной и положительной менисковых линз и положительной линзы.

2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что перемещение третьего компонента в режиме зуммирования имеет колебательный характер с двумя экстремальными значениями.

3. Объектив по п.1, отличающийся тем, что первый, второй и третий компоненты в макрорежиме перемещаются совместно, при этом точная фокусировка объектива для разных фокусных расстояний и разных дальностей съемки обеспечивается за счет независимого перемещения четвертого компонента от цепи автофокусировки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве объектива к приборам ночного видения в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Изобретение относится к оптичес- ,кому приборостроению и позволяет улучшить качество изображения при уменьшении минимальной дистанции съемки. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к инфракрасным (ИК) телескопическим (афокальным) системам со сменой увеличения и может быть использовано в оптических системах тепловизоров.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к инфракрасным (ИК) телескопическим (афокальным) системам со сменой увеличения для дальней ИК области спектра, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, в том числе содержащих сканирующие элементы, устанавливаемые в выходном зрачке телескопической системы.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам для инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, построенных на основе охлаждаемых матричных приемников теплового излучения.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в оптических системах тепловизионных приборов в качестве афокальной системы, используемой для увеличения эквивалентного фокусного расстояния оптической системы, организации смены увеличения и установки сканирующего элемента в выходном зрачке телескопа.

Изобретение относится к ИК оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах с плавно изменяющимся полем зрения. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к телескопическим (афокальным) системам с панкратической сменой увеличения для дальней инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, в том числе содержащих сканирующие элементы, устанавливаемые в выходном зрачке телескопической системы.

Изобретение относится к ИК оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах. .

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 ИК оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах

Инфракрасный объектив содержит вынесенную апертурную диафрагму, размещенную между последним компонентом объектива и плоскостью изображений, и четыре компонента. Первый компонент неподвижный и выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, второй подвижный компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, третий компонент неподвижный и в нем первые два мениска положительные, обращенные выпуклостями друг к другу, а третья линза - вогнутоплоская, обращенная плоскостью к плоскости изображений, четвертый неподвижный положительный компонент включает три мениска, обращенные вогнутостью к плоскости изображений, первый и третий из которых положительные, а второй - отрицательный. Вторая поверхность линзы первого компонента, первая поверхность линзы второго компонента и вогнутая поверхность первого положительного мениска четвертого компонента выполнены асферическими. Технический результат - повышение коэффициента пропускания оптической системы и технологичности при сохранении высокого относительного отверстия, перепада увеличений и качества изображения. 8 ил., 1 табл.

Изобретение может использоваться в видеокамере с ПЗС-матрицей. Вариообъектив содержит четыре компонента и апертурную диафрагму, расположенную перед четвертым компонентом. Первый и четвертый компоненты положительные, второй и третий отрицательные и установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Первый компонент содержит положительную линзу, склеенную из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, положительную линзу и положительный мениск. Второй компонент содержит отрицательный мениск, двояковогнутую линзу и положительный мениск. Третий компонент отрицательный и склеен из положительного мениска и двояковогнутой линзы. Четвертый компонент содержит двусклеенную линзу из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, положительный мениск, отрицательный мениск, двояковыпуклую линзу, два отрицательных мениска и двояковыпуклую линзу. Выполняются соотношения, указанные в формуле изобретения. Технический результат - увеличение поля зрения и уменьшение относительной дисторсии при сохранении высокого качества изображения во всем диапазоне изменений фокусных расстояний вариообъектива, составляющем не менее 5,5 крат. 7 ил.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах с плавным изменением угловых размеров наблюдаемого пространства. Устройство состоит из последовательно расположенных неподвижного первого компонента, подвижных второго и третьего компонентов, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижных четвертого и пятого компонентов, между которыми формируется промежуточное изображение, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой. Выходной зрачок устройства совмещен с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения. Второй компонент содержит отрицательную выпукло-вогнутую линзу. В третьем компоненте, содержащем отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, введена положительная выпукло-вогнутая линза. В четвертом компоненте отрицательная линза выполнена выпукло-вогнутой. В пятом компоненте, содержащем отрицательную выпукло-вогнутую и положительную линзы, положительная линза выполнена выпукло-вогнутой. Технический результат - повышение кратности плавного изменения фокусного расстояния при уменьшении коэффициента телеукорочения. 2 ил., 4 табл.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах с плавным изменением угловых размеров наблюдаемого пространства. Объектив содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент, состоящий из положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой и второй двояковогнутой линз, и третий компонент, содержащий двояковыпуклую линзу, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижные четвертый компонент, содержащий отрицательную вогнуто-выпуклую линзу и дополнительно введенную положительную выпукло-вогнутую линзу, и пятый компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой и второй двояковыпуклой линз. Между неподвижными четвертым и пятым компонентами формируется промежуточное изображение. Апертурная диафрагма расположена между пятым компонентом и плоскостью изображения. Технический результат - повышение кратности плавного изменения фокусного расстояния при уменьшении величины перемещения подвижных компонентов и коэффициента телеукорочения и вынос апертурной диафрагмы в пространство между объективом и плоскостью изображения. 2 ил., 3 табл.

Объектив содержит пять компонентов. Первый компонент содержит выпукло-вогнутый мениск из кремния и двояковогнутую линзу из флюорита. Второй компонент - двояковогнутая линза из кремния. Третий компонент содержит выпукло-вогнутый положительный мениск из кремния и отрицательный выпукло-вогнутый мениск из флюорита. Четвертый - положительный выпукло-вогнутый мениск из кремния. Пятый компонент содержит двояко-вогнутую линзу из флюорита и двояко-выпуклую линзу из кремния. Первая поверхность линзы второго компонента, первая поверхность первой линзы третьего компонента и вторая поверхность второй линзы пятого компонента выполнены коническими. Второй и четвертый компоненты и вторая линза пятого компонента выполнены подвижными. Четвертый компонент при изменении фокусного расстояния объектива во всем диапазоне его значений перемещается сначала в одну сторону с перемещением второго компонента, а затем - в обратную. Относительные оптические силы второго и четвертого компонентов удовлетворяют условиям, указанным в формуле изобретения. Технический результат - увеличение интервала изменения фокусного расстояния объектива с одновременным уменьшением относительной длины объектива и продольных перемещений подвижных элементов, повышение спектрального пропускания и термостабильности объектива. 6 ил., 2 табл.
Наверх