ДЕСЯТИКРАТНЫЙ УЛЬТРАКОМПАКТНЫЙ ВАРИООБЪЕКТИВ С МАКРОРЕЖИМОМ

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.

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.