Светосильный объектив



Светосильный объектив
Светосильный объектив
Светосильный объектив

 


Владельцы патента RU 2455667:

Открытое акционерное общество "ЛОМО" (RU)

Изобретение может быть использовано в киносъемочной и фотоаппаратуре. Объектив содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой. Первый компонент содержит отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, положительную двояковыпуклую линзу и отрицательную склеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй компонент состоит из склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта и состоящего из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, первой и второй двояковыпуклых линз. Поверхности первой и второй положительных линз второго компонента, обращенные друг к другу, выполнены асферическими. Технический результат - уменьшение габаритов и веса объектива при сохранении высокого относительного отверстия, качества изображения, линейного поля зрения, а также возможности его использования, как в цифровых камерах, так и при съемке на кинопленке. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к кинотехнике, а именно к киносъемочной и фотоаппаратуре.

Известен светосильный широкоугольный объектив [1], состоящий из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой. Первый компонент включает в себя установленные последовательно: отрицательный мениск, двояковыпуклую линзу, отрицательный мениск, двояковыпуклую линзу, положительный мениск, два отрицательных мениска и двояковыпуклую линзу, и второй компонент, включающий двояковыпуклую линзу, двояковогнутую линзу, положительный двусклеенный мениск и две двояковыпуклые линзы.

Объектив имеет следующие характеристики: относительное отверстие 1:1.2, поле зрения 84°. Но этот объектив может быть использован для съемки кинофильмов на формат S16 (12.3×7.5 мм).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является светосильный фотообъектив с большим относительным отверстием [2]. Объектив состоит из двух компонентов, последовательно расположенных вдоль оптической оси, разделенных апертурной диафрагмой. Первый компонент включает в себя отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, отрицательный склеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, состоящий из положительной двояковыпуклой и двояковогнутой линз, положительную линзу, склеенную положительную линзу, состоящую из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта.

Второй компонент состоит из склеенного отрицательного мениска, состоящего из отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, положительной двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта.

Объектив имеет высокое относительное отверстие 1:1.2, фокусное расстояние f'=25 мм и линейное поле зрения 24.5×18.6 мм, задний отрезок от последней поверхности объектива до плоскости пленки S'≥32 мм, что позволяет использовать объектив, как в цифровых киносъемочных камерах, так и в камерах, работающих на кинопленку, в которых из-за наличия оптического обтюратора требуется обеспечить большой задний отрезок.

Недостатками известного объектива являются его большие габариты и вес.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение габаритов и веса объектива при сохранении высокого относительного отверстия, качества изображения, линейного поля зрения, а также возможности его использования, как в цифровых камерах, так и при съемке на кинопленке.

Для решения поставленной задачи предложен светосильный объектив, который, как и прототип, содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой, первый из которых содержит отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, положительную двояковыпуклую линзу и склеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой положительной и отрицательной линз, и второй компонент, состоящий из склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, состоящего из отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, первой положительной двояковыпуклой линзы и второй положительной линзы.

В отличие от прототипа в склеенной линзе первого компонента отрицательная линза выполнена двояковогнутой, а оптическая сила склеенной линзы отрицательна, во втором компоненте вторая положительная линза выполнена двояковыпуклой, кроме того, поверхности первой и второй положительных линз второго компонента, обращенные друг к другу, выполнены асферическими.

Первая положительная двояковыпуклая линза второго компонента имеет показатель преломления nd>1.71.

Оптические силы φ одиночных и склеенных положительных линз удовлетворяют условию: 0.4<φ<0.9, а с отрицательными оптическими силами |φ|<0.7, при этом

где φл - оптическая сила линзы;

φэкв - эквивалентная оптическая сила объектива;

f'экв - эквивалентное фокусное расстояние объектива;

f'л - фокусное расстояние линзы.

Асферические поверхности первой и второй положительных линз второго компонента выполнены в виде поверхностей второго порядка, причем поверхность с эксцентриситетом 0.4<e2<0.5 выполнена эллиптической, а поверхность с эксцентриситетом 2.5<e2<2.7 выполнена гиперболической.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что такое выполнение светосильного объектива позволило значительно уменьшить вес и габариты, сохранив при этом высокое относительное отверстие, линейное поле зрения, качество изображения, а также возможность использования предлагаемого объектива не только в цифровых фотокамерах, но и в профессиональной киносъемочной аппаратуре.

Таким образом, достигнут технический результат, заключающийся в уменьшении веса и габаритов.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом (фиг.1), на котором представлена оптическая схема светосильного объектива, а также приложением, в котором даны конструктивные параметры и графики частотно-контрастной характеристики.

Светосильный объектив содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой АД.

Первый компонент содержит отрицательный мениск 1, обращенный выпуклостью к пространству объекта, положительную двояковыпуклую линзу 2 и склеенную отрицательную линзу, состоящую из положительной двояковыпуклой 3 и отрицательной двояковогнутой линз 4, и второй компонент, состоящий из склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, состоящего из отрицательной двояковогнутой линзы 5 и положительной двояковыпуклой линзы 6, первой положительной двояковыпуклой линзы 7 и второй положительной двояковыпуклой линзы 8.

Кроме того, отрицательный мениск 1, обращенный выпуклостью к пространству объекта, положительная двояковыпуклая линза 2, склеенная положительная линза, состоящая из положительной двояковыпуклой линзы 3 и отрицательной двояковогнутой линзы 4, отрицательная двояковогнутая линза 5 в составе склеенного отрицательного мениска и положительная двояковогнутая линза имеют показатели преломления nd>1.71, а положительная двояковыпуклая линза 6 в составе склеенного отрицательного мениска и положительная линза 8 имеют показатели преломления nd>1.65.

Разница дисперсий Δν в склеенных линзах первого и второго компонентов имеют значения Δν>20.

Оптические силы φ одиночных и склеенных положительных линз удовлетворяют условию: 0.4<φ<0.9, а с отрицательными оптическими силами |φ|<0.7, при этом

где φл - оптическая сила линзы;

φэкв - эквивалентная оптическая сила объектива;

f'экв - эквивалентное фокусное расстояние объектива;

f'л - фокусное расстояние линзы.

Предлагаемый светосильный объектив работает следующим образом.

Лучи от объекта съемки проходят через первый компонент, ограничиваясь апертурной диафрагмой АД.

Выбор конфигурации склеенных и одиночных линз, их оптических сил и параметров оптических материалов (nd, ν) позволил обеспечить коррекцию аберраций объектива.

В частности, отрицательный мениск 1, обращенный выпуклостью к пространству объекта, вносит значительные по величине отрицательную сферическую аберрацию, положительную кому, дисторсию и небольшой по величине астигматизм.

Положительная двояковыпуклая линза 2 частично корригирует сферическую аберрацию и вносит значительный астигматизм и дисторсию.

Склеенная отрицательная линза, состоящая из положительной двояковыпуклой линзы 3 и отрицательной двояковогнутой линзы 4, уменьшает сферическую аберрацию, кому, астигматизм, увеличивает отрицательные дисторсию и кривизну.

Склеенный отрицательный мениск второго компонента, состоящий из отрицательной двояковогнутой линзы 5 и положительной двояковыпуклой линзы 6, вносит значительную по величине отрицательную сферическую аберрацию, положительный астигматизм, увеличивает дисторсию и частично корригирует кому.

Положительная двояковыпуклая линза 7 частично корригирует сферическую аберрацию, кривизну, астигматизм, корригирует дисторсию и вносит положительную кому.

Положительная двояковыпуклая линза 8 корригирует остаточную сферическую аберрацию, кому, астигматизм.

Таким образом, сферическая аберрация второго компонента отрицательна и компенсирует сферическую аберрацию первого компонента. Кома первого компонента отрицательна и компенсирует кому второго компонента. Астигматизм второго компонента отрицательный и компенсирует астигматизм первого компонента. Дисторсия второго компонента положительная и компенсирует дисторсию первого компонента. Кривизна второго компонента положительна и компенсирует кривизну первого компонента.

Выбор конфигурации отрицательной линзы в составе склеенной отрицательной линзы первого компонента и последней положительной линзы во втором компоненте, а также выбор оптических материалов в первом компоненте для линз 1, 2, 3, 4 и для линз 5, 7 во втором компоненте с показателем преломления nd>1.71, а для положительной двояковыпуклой линзы в составе склеенной отрицательной линзы и последней двояковыпуклой линзы второго компонента с показателем преломления nd>1.65 позволило минимизировать аберрации высших порядков и обеспечить их взаимную компенсацию.

Разница дисперсий Δν>20 в склеенных линзах 3, 4; 5, 6 позволила минимизировать хроматизм увеличения.

Выбор оптических сил φ одиночной 1 и склеенных 3, 4; 5, 6 линз с положительной оптической силой, удовлетворяющий условию 0.4<φ<0.9, а одиночных 2, 7, 8 линз с отрицательными оптическими силами, удовлетворяющих условию |φ|<0.7, позволило исправить две аберрации:

- кривизну изображения, условием коррекции которой является выполнение условия

- хроматизм положения и увеличения, условием исправления которых является

Благодаря использованию предлагаемого технического решения был рассчитан светосильный объектив с фокусным расстоянием f'=35 мм, относительным отверстием 1:1.2 и линейным полем зрения 24.5×18.6 мм.

Результаты расчета приведены в Приложении (фиг.2 и 3).

Оптические материалы линз и их оптические силы приведены в таблице.

№ линзы Материал nd Оптическая сила, νd
1 2 3 4 5
1 STK19 1.744101 -0.59552 50.4
2 TF5 1.755232 0.8793 27.52
3 STK9 1.742507 -0.28175 50.23
4 TF3 1.717410 29.5
5 TF3 1.717410 -0.649 29.5
6 TK17 1.627990 59.35
7 STK19 1.744101 0.804 50.4
8 TK13 1.603881 0.44 60.62

Из таблицы видно, что все положительные линзы имеют оптические силы φ, равные 0.88, 0.80, 0.44, а все отрицательные линзы - -0.69, -0.28, -0.65.

Разница дисперсий Δν>20 в склеенных линзах 3, 4; 5, 6 составляют

Δν3,4=20.8; Δν5,6=30.0

Основные характеристики качества изображения:

Телевизионная дисторсия для у'=12.25 мм (нормированная к координате)=1.85%

Контраст изображения на частоте 30 л/мм при относительном отверстии 1:1.1.2 более 25% по всему полю зрения, при относительном отверстии 1:2.8 - более 50%, при относительном отверстии 1:11 - более 30%.

Первая асферическая поверхность имеет эксцентриситет e2=0.47574.

Вторая асферическая поверхность имеет эксцентриситет e2=2.60721.

Таким образом, предлагаемый светосильный объектив позволил значительно уменьшить вес и габариты по сравнению с прототипом: вес с 452 г у прототипа уменьшен до 126 г в предлагаемом техническом решении, длина со 164 мм уменьшена до 115 мм.

Источники информации

1. Российская Федерация, патент №2123713, МПК: G02B 9/62, G02B 11/34, опубл. 20.12.1998 г.

2. Российская Федерация, патент №98259, МПК: G02B 9/62, опубл. 10.10.2010 г. - прототип.

1. Светосильный объектив, содержащий два компонента, разделенные апертурной диафрагмой, первый из которых содержит отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, положительную двояковыпуклую линзу и склеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой положительной и отрицательной линз, и второй компонент, состоящий из склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, состоящего из отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, первой положительной двояковыпуклой линзы и второй положительной, отличающийся тем, что в склеенной линзе первого компонента отрицательная линза выполнена двояковогнутой, а оптическая сила склеенной линзы отрицательна, во втором компоненте вторая положительная линза выполнена двояковыпуклой, кроме того, поверхности первой и второй положительных линз второго компонента, обращенные друг к другу, выполнены асферическими.

2. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что первая положительная двояковыпуклая линза второго компонента имеет показатель преломления nd>1,71.

3. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что оптические силы φ одиночных и склеенных положительных линз удовлетворяют условию: 0,4<φ<0,9, а с отрицательными оптическими силами |φ|<0,7, при этом

где φл - оптическая сила линзы;
φэкв - эквивалентная оптическая сила объектива;
f'экв - эквивалентное фокусное расстояние объектива;
f'л - фокусное расстояние линзы.

4. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что асферические поверхности первой и второй положительных линз второго компонента выполнены в виде поверхностей второго порядка, причем поверхность с эксцентриситетом 0,4<е2<0,5 выполнена эллиптической, а поверхность с эксцентриситетом 2,5<е2<2,7 выполнена гиперболической.



 

Похожие патенты:

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

Изобретение относится к кинотехнике, а именно к киносъемочной и фотоаппаратуре. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к проекционным объективам, и может быть использовано, например, в устройствах переноса изображения формируемого на выходном окне рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОП) или другого электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с вынесенным входным зрачком, и может быть использовано в наблюдательных приборах и телевизионных обзорных комплексах.

Изобретение относится к оптическим приборам и может быть использовано при работе с матричными приемниками, в частности с ПЗС-матрицами в приборах дневного и ночного видения.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в оптических системах приборов ночного видения (ПНВ) в качестве системы переноса изображения с экрана электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к оптическому приборостроению, и может быть использовано при разработке и модернизации приборов ночного видения.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для объективов в приборах ночного видения, работающих при пониженной освещенности как в активном, так и в пассивном режимах.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к проекционным объективам, и может быть использовано, например, в устройствах переноса изображения формируемого на выходном окне рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОП) или другого электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу

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

Объектив может быть использован в оптико-электронных приборах, в частности, с целью формирования изображения участка звездного неба на ПЗС-матрице, расположенной в фокальной плоскости объектива. Объектив содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой. Первый компонент состоит из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и склеенного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, между которыми дополнительно размещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения. Склеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, выполнен положительным, состоящим из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй компонент содержит двояковогнутую и две двояковыпуклые линзы. Двояковогнутая и первая двояковыпуклая линзы выполнены склеенными. За второй двояковыпуклой линзой дополнительно помещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта. Технический результат - увеличение углового и линейного полей зрения и получение дифракционного качества изображения в центре и по полю зрения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 прилож.

Микрообъектив может быть использован для визуального наблюдения в большом поле зрения с большим контрастом изображения. Микрообъектив содержит последовательно расположенные четыре компонента. Первый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы. Второй компонент выполнен отрицательным, склеенным из двояковогнутой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображений. Третий компонент выполнен отрицательным, склеенным из двояковогнутой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображений. Четвертый компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображений, и линзы, склеенной из двояковыпуклой линзы и мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта. Между вторым и третьим компонентами дополнительно размещена двояковыпуклая линза. Технический результат - высокий контраст изображения по всему наблюдаемому полю зрения за счет планапохроматической коррекции и увеличение наблюдаемого поля зрения. 1 ил., 1 табл., 1 прилож.

Объектив может быть использован в тепловизорах в спектральном диапазоне 8-12 мкм. Объектив по обоим вариантам содержит четыре компонента, второй и четвертый из которых подвижные и имеют по два фиксированных положения. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображений, третий компонент - в виде положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к плоскости изображений, четвертый компонент - положительный и выполнен в виде двух менисков, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу. В первом варианте второй компонент включает двояковогнутую линзу и отрицательный мениск, обращенный к ней выпуклой поверхностью. Во втором варианте второй компонент выполнен в виде двух отрицательных менисков, обращенных друг к другу своими вогнутыми поверхностями. При этом выполняются соотношения, указанные в формуле изобретения. Технический результат - увеличение углового поля, повышение относительного отверстия в режиме узкого поля зрения, обеспечение квазиравных значений относительных отверстий при смене поля зрения, уменьшение относительной длины объектива при обеспечении высокого качества изображения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 табл.

Система содержит входной объектив, проекционный объектив, компенсационный элемент и расфокусирующий элемент. Входной объектив строит промежуточное действительное изображение и выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов. Проекционный объектив содержит отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов. Между входным объективом и плоскостью промежуточного действительного изображения введен с возможностью перемещения вдоль оптической оси компенсационный элемент, выполненный в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов. Расфокусирующий элемент выполнен в виде плоскопараллельной пластины и установлен с возможностью ввода и вывода между компенсационным элементом и плоскостью промежуточного действительного изображения. Технический результат - уменьшение количества оптических элементов, компенсация термооптических и термобарических аберраций без изменения длины оптической системы при сохранении качества изображения за счет изменения формы линз и оптимизации аберраций. 3 ил., 1 табл.

Изобретение может быть использовано в оптических системах, например в телевизионных камерах, работающих с матрицами, также и в других приборах, в том числе и в ИК-системах. Светосильный объектив состоит из шести по ходу лучей компонентов. Первый компонент - одиночная вогнутоплоская линза, обращенная плоскостью к изображению. Второй компонент - мениск, обращенный вогнутостью к предмету и склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Третий и четвертый компоненты - двояковыпуклые линзы с равными конструктивными параметрами, обращенные друг к другу оптическими поверхностями, радиусы кривизны которых меньше по модулю. Пятый компонент склеен из двояковыпуклой линзы и вогнутоплоской линзы, обращенной плоскостью к изображению. Шестой компонент - одиночная плосковогнутая линза, обращенная плоскостью к предмету. Технический результат - повышение относительного отверстия и увеличение углового поля в пространстве предметов при высоком качестве изображения. 1 ил., 2 табл.

Изобретение может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система тепловизионного прибора состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью отрицательную выпукло-вогнутые линзы, проекционного объектива, содержащего первую положительную вогнуто-выпуклую линзу, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу и третью положительную двояковыпуклую линзу, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. Технический результат - повышение разрешения тепловизионного прибора за счет увеличения фокусного расстояния, позволяющего уменьшить элементарное поле зрения, при уменьшении коэффициента телеукорочения и высоком качестве изображения. 1 ил., 3 табл.
Наверх