Вариообъектив

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Автор Кунделева Наталия Ефимовна(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Вариообъектив из четырех компонентов и апертурной диафрагмы, второй и третий компоненты которого установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси,отличающийся тем, что первый компонент отрицательный и содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутой стороной к пространству предметов, положительный мениск, обращенный вогнутой стороной к пространству изображений, и отрицательную двусклеенную линзу, выполненную из отрицательной линзы и отрицательного мениска,обращенного вогнутой стороной к пространству изображений, второй компонент положительный и содержит две положительные двусклеенные линзы, каждая из которых выполнена из положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутой стороной к пространству предметов, третий компонент отрицательный и содержит отрицательную двусклееную линзу, выполненную из отрицательной линзы и положительного мениска,обращенного вогнутой стороной к пространству изображений, и отрицательную линзу,четвертый компонент положительный и содержит положительную двусклеенную линзу,выполненную из отрицательного мениска, обращенного вогнутой стороной к пространству изображений, и положительной линзы, положительную линзу и положительную двусклеенную линзу, выполненную из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, апертурная диафрагма расположена перед четвертым компонентом на расстоянии не более 1,5 мм,при этом отношение оптических сил первого и третьего компонентов равно 1, а второго и четвертого компонентов равно 0,97.(56)1674045 1, 1991.1597830 1, 1990.2106003 1, 1998.95102271 1, 1996.3848968 , 1974.3150077 1, 1983.0250686 1, 1988. Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с переменным фокусным расстоянием и может быть использовано как проекционный объектив для рассматривания снимка на экране. Известен вариообъектив 1 из четырех компонентов, причем первый, третий и четвертый компоненты положительные, а второй компонент отрицательный. Неподвижный первый компонент содержит положительную двусклеенную линзу и одиночный положительный мениск. Второй компонент состоит из одиночного отрицательного мениска и двусклеенной отрицательной линзы и выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси, изменяя при перемещении фокусное расстояние системы. Третий компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы и совершает возвратнопоступательное движение вдоль оптической оси для сохранения неподвижной плоскости изображения. Неподвижный четвертый компонент состоит из четырех одиночных линз. Апертурная диафрагма расположена между первой и второй линзами четвертого компонента. Объектив имеет 3-х кратный интервал изменения фокусного расстояния и относительное отверстие 14. Разрешающая способность объектива во всем диапазоне изменения фокусных расстояний составляет не менее 50 мм-1 в центре поля зрения. Недостатком объектива является то, что его оптическая схема не позволяет получить больший диапазон изменения фокусных расстояний объектива и большее относительное отверстие объектива при сохранении высоких оптических характеристик. Наиболее близким к предполагаемому изобретению по техническому решению является объектив с переменным фокусным расстоянием 2. Вариообъектив из четырех компонентов, первый и четвертый из которых положительные и неподвижные, второй и третий компоненты отрицательные и выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Изменение фокусного расстояния достигается путем взаимного перемещения второго компонента по линейному закону и третьего компонента по нелинейному закону. Первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из отрицательного мениска, обращенного вогнутой стороной к пространству изображений, и положительной линзы, а также положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к пространству изображений. Второй компонент содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутой стороной к пространству изображений и отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из отрицательной линзы и положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к пространству изображений. Третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой стороной к пространству предметов. Четвертый компонент содержит положительный мениск, обращенный вогнутой стороной к пространству предметов, две одиночные положительные линзы, положительный мениск,обращенный вогнутой стороной к пространству изображений, одиночную отрицательную линзу, двусклеенную линзу, состоящую из отрицательного мениска, обращенного вогнутой стороной к пространству изображений, и положительной линзы, и положительный мениск, обращенный вогнутой стороной к пространству изображений. Апертурная диафрагма расположена между второй и третьей линзами четвертого компонента. Данная конструкция обеспечивает четырехкратный диапазон изменения фокусного расстояния 2 6153 1 объектива, но недостатком прототипа является невысокое качество изображения, не позволяющее получить разрешающую способность во всем диапазоне изменения фокусных расстояний более 50 мм-1. Задачей изобретения является повышение качества изображений при четырехкратном изменении увеличения (фокусного расстояния) объектива. Вариообъектив из четырех компонентов и апертурной диафрагмы, причем второй и третий компоненты которого установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси,в отличие от прототипа, первый компонент отрицательный и содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутой стороной к пространству предметов, положительный мениск,обращенный вогнутой стороной к пространству изображений, и отрицательную двусклеенную линзу, выполненную из отрицательной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутой стороной к пространству изображений, второй компонент положительный и содержит две положительные двусклеенные линзы, каждая из которых выполнена из положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутой стороной к пространству предметов, третий компонент отрицательный и содержит отрицательную двусклеенную линзу, выполненную из отрицательной линзы и положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к пространству изображений, и отрицательную линзу, четвертый компонент положительный и содержит положительную двусклеенную линзу, выполненную из отрицательного мениска, обращенного вогнутой стороной к пространству изображений, и положительной линзы, положительную линзу и положительную двусклеенную линзу, выполненную из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, апертурная диафрагма расположена перед четвертым компонентом на расстоянии не более 1,5 мм, при этом отношение оптических сил первого и третьего компонентов равно 1, второго и четвертого компонентов равно 0,97. Чередование оптических сил компонентов, начиная с первого отрицательного, выбор отношения оптических сил первого и третьего компонентов, второго и четвертого компонентов, равных или близких к 1, позволило создать конструкцию объектива, проецирующего снимок на экран с 4-х кратным перепадом увеличения. Конструкция первого компонента позволяет исправить сферическую аберрацию при максимальном увеличении (или максимальном фокусном расстоянии), при этом линейное увеличение рассчитывается при условии, что плоскостью предметов является экран, а плоскостью изображений снимок. Конструкция второго компонента и его перемещение позволяет исправить осевые аберрации при максимальном увеличении объектива (или максимальном фокусном расстоянии) и обеспечивает неподвижность плоскости изображений во всем диапазоне изменений увеличений объектива. Конструкция третьего компонента и его перемещение позволяет исправить аберрации широких наклонных пучков и изменяет линейное увеличение объектива (или фокусное расстояние). Конструкция четвертого компонента позволяет исправить осевые аберрации во всем диапазоне изменения линейных увеличений (или фокусных расстояний) объектива. Апертурная диафрагма расположена перед четвертым компонентом на расстоянии 1,5 мм. Предлагаемые конструкции компонентов вариообъектива, чередование оптических сил компонентов, начиная с первого отрицательного, выбор соотношения оптических сил компонентов, обеспечили высокое качество изображения объектива во всем диапазоне изменения увеличений. Предлагаемый вариообъектив работает в видимом спектральном диапазоне, линейное увеличение изменяется от -0,025 х до -0,1 х, при этом плоскостью предметов является экран,расстояние от экрана до поверхности первого компонента составляет 620 мм, а плоскостью изображений - плоскость снимка, фокусное расстояние объектива при этом изменяется от 16,5 мм до 62,9 мм, передняя апертура объектива изменяется от 0,008 до 0,16, что соответствует относительному отверстию объектива 11,5 12,8. Разрешающая способ 3 6153 1 ность вариообъектива составляет не менее 100 мм-1 в центре поля зрения для всего диапазона изменения увеличений, для размера у 90 мм на экране не менее 100 мм-1 для диапазона увеличений -0,025 х до -0,08 х и не менее 70 мм-1 для увеличений объектива от -0,08 х до-0,1 х. На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого вариообъектива. На фиг. 2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где -радиусы кривизны поверхностей линз, -расстояния между поверхностями линз,е-показатель преломления стекол линз для линии(546 нм), - число Аббе для линии е. На фиг. 3 приведен график поперечной сферической аберрации при линейном увеличении объектива -0,025 х. На фиг. 4 приведен график астигматизма при линейном увеличении объектива -0,025 х. На фиг. 5 приведен график аберраций широких наклонных пучков в меридиональном сечении у 90 мм при линейном увеличении объектива -0,025 х. На фиг. 6 приведен график поперечной сферической аберрации при линейном увеличении объектива -0,1 х. На фиг. 7 приведен график астигматизма при линейном увеличении объектива -0,1 х. На фиг. 8 приведен график для аберраций широких наклонных пучков в меридиональном сечении у 90 мм при линейном увеличении объектива -0,01 х. Вариообъектив (фиг. 1) состоит из четырех компонентов 1-4. Компонент 1 содержит отрицательный мениск 5, обращенный вогнутой стороной к пространству предметов (экрана), положительный мениск 6, обращенный вогнутой стороной к пространству изображений (снимка),и отрицательную двусклеенную линзу, выполненную из отрицательной линзы 7 и отрицательного мениска 8, обращенного вогнутой стороной к пространству изображений. Компонент 1 отрицателен и неподвижен. Фокусное расстояние компонента объектива -29,87 мм. Компонент 2 содержит две положительные двусклеенные линзы, состоящие соответственно из двояковыпуклых 9,11 линз и отрицательных менисков 10,12, обращенных вогнутой стороной к пространству предметов. Компонент 2 положителен и выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива. Компонент 2 совершает возвратно-поступательное движение вдоль оптической оси для сохранения неподвижности плоскости изображения. Фокусное расстояние компонента 38,06 мм. Компонент 3 содержит отрицательную двусклеенную линзу, выполненную из отрицательной линзы 13 и положительного мениска 14, обращенного вогнутой стороной к пространству изображений, и отрицательную линзу 15. Компонент 3 отрицательный и выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Перемещением вдоль оптической оси этого компонента достигается изменение линейного увеличения (фокусного расстояния) объектива. Фокусное расстояние компонента -30,07 мм. Компонент 4 содержит положительную двусклеенную линзу, выполненную из отрицательного мениска 16, обращенного вогнутой стороной к пространству изображений, и положительной линзы 17, положительную линзу 18 и положительную двусклеенную линзу, выполненную из двояковыпуклой 19 и двояковогнутой 20 линз. Компонент 4 положительный и неподвижный. Фокусное расстояние компонента 39,31 мм. Апертурная диафрагма 21 расположена перед четвертым компонентом на расстоянии 1,5 мм от отрицательного мениска 16. Объектив работает со светоделительным кубиком 22 и прижимным стеклом 23. Неподвижный компонент 1 сопрягает плоскость предметов (экран), находящуюся на расстоянии 620 мм от его первой линзы - отрицательного мениска 5, с неподвижной плоскостью предметов вариатора, состоящего из подвижных компонентов 2 и 3. В положении компонентов, когда 2 и 3 компоненты занимают крайнее левое положение, объектив обеспечивает линейное увеличение -0,025 х. При перемещении 3 компонента вправо к четвертому неподвижному компоненту на расстояние 52,8 мм, а второго, совер 4 6153 1 шающего возвратно-поступательное движение, к неподвижному первому, линейное увеличение плавно изменяется до -0,1 х. Положительный компонент 4 сопрягает неподвижную плоскость изображений вариатора с плоскостью снимка. Чередование оптических сил компонентов, начиная с первого отрицательного, выбор отношения оптических сил 1 и 3 компонентов, равных 1, а 2 и 4 компонентов, равных 0,97, а также конструкции самих компонентов, позволили улучшить качество изображения по всему полю во всем диапазоне изменения увеличений (фокусных расстояний) объектива. Вариообъектив имеет следующие характеристики линейное увеличение -0,025 х-0,1 х апертура в пространстве предметов 0,0080,016 линейное поле зрения в пространстве предметов 2 у 90 мм. При линейном увеличении -0,025 х (фокусное расстояние объектива составляет 16,5 мм) поперечная сферическая аберрация составляет 0,02 мм, сферохроматизм не более 0,03 мм для диапазона 470650 нм, астигматизм не более 0,05 мм, относительная дисторсия 3,7 , аберрации широких пучков не более 0,06 мм. При линейном увеличении объектива -0,1 х (фокусное расстояние составляет 62,9 мм) поперечная сферическая аберрация составляет 0,025 мм, сферохроматизм не более 0,04 мм, астигматизм не более 0,12 мм, относительная дисторсия 3,3 , аберрации широких наклонных пучков не более 0,06 мм. Такое исправление аберраций объектива позволило получить разрешающую способность не менее 100 мм-1 в центре поля зрения и не менее 70 мм-1 на краю поля зрения во всем диапазоне изменения линейных увеличений. Источники информации 1. А.с.1597830, МПК 02 15/167, 1990. 2. А.с.1674045, МПК 02 15/167, 1991. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6