Светосильный широкоугольный объектив
HIGH-POWER WIDE-ANGLE LENS

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве приемного объектива в оптико-электронных приборах, работающих с фотоприемными устройствами типа ПЗС матриц.
Известны короткофокусные объективы для фото- и киносъемки, например типа «Ликар-7» (Д.С. Волосов. Фотографическая оптика. Изд. «Искусство», 1978 г., стр. 423-424), с фокусным расстоянием f’=4,5 мм, относительным отверстием 1:1,8, углом поля зрения 75° разрешающей силой 60 лин/мм в центре и 30 лин/мм по краю поля, с хорошим исправлением всех аберраций. Объектив состоит из 7 линз, из них линзы 1 и 7 – двояковыпуклые, мениски 2 и 4 обращены выпуклостью к предмету, мениски 3 (двусклеенный) и 6 обращены выпуклостью к изображению, линза 5 двояковогнутая. Но у него малое относительное отверстие (1:1,8) и недостаточное угловое поле в пространстве предметов (75°). Широкоугольный объектив, описанный в патенте RU 2445658 С1, опубл. 20.03.2012, состоящий из четырех компонентов, разделенных воздушными промежутками, первый из которых по ходу лучей состоит из двух линз, положительной и отрицательной, второй компонент – одиночная положительная линза, третий компонент по форме мениск, обращенный вогнутой стороной к предмету, включающий в себя двояковогнутую линзу и расположенную за ней двояковыпуклую линзу, склеенные вместе, четвертый компонент содержит одиночный мениск. В этом объективе положительная линза в первом компоненте выполнена плосковыпуклой, обращенной плоскостью к предмету, а отрицательная – плосковогнутой, обращенной плоскостью к предмету, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, третий компонент состоит из двух линз, четвертый компонент включает в себя двояковыпуклую одиночную линзу, расположенную за третьим компонентом перед одиночным мениском, одиночный мениск четвертого компонента отрицательный и обращен вогнутостью к изображению. Апертурная диафрагма расположена перед склеенным компонентом. Но у данного объектива малое относительное отверстие (1:3,5) и недостаточное угловое поле в пространстве предметов (70°).
Наиболее близким по технической сущности является широкоугольный объектив, описанный в патенте RU № 2628372, МПК G02B 9/64, опубликованном 16.07.2017г. Объектив содержит четыре компонента. Первый компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковогнутой линзы. Второй – одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету и имеющий возможность перемещения вдоль оптической оси. Третий – двояковыпуклая линза. Четвертый – содержит два положительных мениска, обращенных выпуклостью к предмету, между которыми, расположен одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Между третьим и четвертым компонентами находится плоскопараллельная пластина или светофильтр. У данного объектива угловое поле 98 градусов и термофокусировка объектива осуществляется за счет подвижки линз.
Задачей данного изобретения является создание термонерасстраиваемого светосильного широкоугольного объектива повышенной надежности при упрощении конструкции и сохранении высокого качества изображения.
Технический результат – увеличение поля зрения светосильного широкоугольного объектива и достижение термонерасстраиваемости без подвижки линз или приемника вдоль оптической оси при сохранении высокого качества изображения.
Это достигается тем, что в светосильном широкоугольном объективе, содержащем расположенные по ходу луча, первую линзу в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, вторую – двояковогнутую линзу, третью линзу в виде мениска, четвертую – двояковыпуклую линзу, пятую и седьмую линзы в виде положительных менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, между которыми расположена шестая одиночная линза, в отличие от известного, третья линза выполнена положительной, обращенной выпуклостью к пространству изображений, четвертая линза, склеенная с отрицательным мениском, расположенным перед двояковыпуклой линзой, шестая – плосковыпуклая линза, обращенная плоскостью к пространству предметов, кроме того, за пятой линзой добавлена двояковогнутая линза.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 – изображена оптическая схема светосильного широкоугольного объектива; на фиг.2 – частотно-контрастная характеристика светосильного широкоугольного объектива для поля зрения 60°; на фиг.3 – частотно-контрастная характеристика светосильного широкоугольного объектива для поля зрения 90°; на фиг.4 – частотно-контрастная характеристика светосильного широкоугольного объектива для поля зрения 120°; на фиг.5 – астигматизм и дисторсия светосильного широкоугольного объектива для поля зрения 60°; на фиг.6 – астигматизм и дисторсия светосильного широкоугольного объектива для поля зрения 90°; на фиг.7 – астигматизм и дисторсия светосильного широкоугольного объектива для поля зрения 120°; на фиг.8 – частотно-контрастная характеристика светосильного широкоугольного объектива при температуре 20°; на фиг.9 – частотно-контрастная характеристика светосильного широкоугольного объектива при температуре +5°; на фиг.10 – частотно-контрастная характеристика светосильного широкоугольного объектива при температуре +35°;
Светосильный широкоугольный объектив (фиг 1) состоит из расположенных по ходу луча, первой линзы в виде отрицательного мениска 1, обращенного вогнутостью к пространству изображений, второй – двояковогнутой линзы 2, третьей линзы в виде положительного мениска 3 обращенного выпуклостью к пространству изображений, светофильтр 4 расположен за третьей линзой, а апертурная диафрагма совпадает с ее первой поверхностью, четвертой – склеенной из отрицательного мениска 5, обращенного вогнутостью к пространству изображений и двояковыпуклой линзы 6, пятой линзы в виде положительного мениска 7, обращенного вогнутостью к пространству изображений, за пятой линзой добавлена двояковогнутая линза 8, шестая плосковыпуклая линза 9, обращенная плоскостью к пространству предметов, и седьмая линза в виде положительного мениска 10, обращенного вогнутостью к пространству изображений.
Объектив является термонерасстраиваемым, т.е. во всем диапазоне рабочих температур +5°С до +35°С плоскость наилучшей установки не меняется.
Светосильный широкоугольный объектив работает следующим образом: световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в бесконечности, проходит через светосильный широкоугольный объектив и формирует изображение в плоскости наилучшей установки
Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 1
Таблица 1
R, мм
Толщина D, мм
Показатель преломления,n<sub>λ=762 нм</sub>
Диаметр, мм
R<sub>1 </sub>= 73,11
10,0
1,739048
102
R<sub>2 </sub>= 35,48
67,5
27
1,0
R<sub>3 </sub>= -498,9
6
1,739048
61
R<sub>4 </sub>= 33,88
48
149
1,0
R<sub>5 </sub>= -1122,0
8
1,566194
44
R<sub>6 </sub>= -96,83
44
4
1,0
R<sub>7 </sub>= ∞
5
1,511130
44
R<sub>8 </sub>= ∞
44
6
1,0
R<sub>9 </sub>= 58,34
4
1,787905
46
R<sub>10 </sub>= 31,12
13
1,648953
43
R<sub>11 </sub>= -311,9
43
0,4
1,0
R<sub>12 </sub>= 35,56
8
1,648953
42
R<sub>13 </sub>= 99,08
39
6,2
1,0
R<sub>14 </sub>=  -266,7
3,8
1,787905
36
R<sub>15  </sub>=  46,45
34
12,9
1,0
R<sub>16  </sub>=  ∞
6,2
34
R<sub>17  </sub>=  -41,3
34
1,0
1,0
R<sub>18 </sub>=  21,63
6
1,648953
29
R<sub>19  </sub>=  34,83
26
13,14
1,0
Характеристики объектива
Фокусное расстояние, мм
6,5
Относительное отверстие
1:1,2
Угловое поле в пространстве предметов
2w=120°
Расчетная длина волны, мкм
0,762
Рабочий спектральный диапазон, мкм
0,760 - 0,764
Дисторсия
43%
Длина оптической системы, мм
290
Масса оптических деталей, г
830
Таким образом, достигнут технический результат – увеличено угловое поле зрения и достигнута термонерасстраиваемость светосильного широкоугольного объектива без подвижки линз вдоль оптической оси, при сохранении высокого качества изображения.