Светосильный широкоугольный объектив Российский патент 2021 года по МПК G02B9/64 

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_{λ=762 нм} Диаметр, мм R₁ = 73,11 10,0 1,739048 102 R₂ = 35,48 67,5 27 1,0 R₃ = -498,9 6 1,739048 61 R₄ = 33,88 48 149 1,0 R₅ = -1122,0 8 1,566194 44 R₆ = -96,83 44 4 1,0 R₇ = ∞ 5 1,511130 44 R₈ = ∞ 44 6 1,0 R₉ = 58,34 4 1,787905 46 R₁₀ = 31,12 13 1,648953 43 R₁₁ = -311,9 43 0,4 1,0 R₁₂ = 35,56 8 1,648953 42 R₁₃ = 99,08 39 6,2 1,0 R₁₄ = -266,7 3,8 1,787905 36 R₁₅ = 46,45 34 12,9 1,0 R₁₆ = ∞ 6,2 34 R₁₇ = -41,3 34 1,0 1,0 R₁₈ = 21,63 6 1,648953 29 R₁₉ = 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.

Объектив может быть использован в качестве приемного объектива в оптико-электронных приборах, работающих с фотоприемными устройствами типа ПЗС матриц. Объектив содержит первую линзу в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, вторую – двояковогнутую линзу, третью – положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству изображений, четвертую – двояковыпуклую линзу, склеенную с отрицательным мениском, расположенным перед двояковыпуклой линзой, пятую и седьмую линзы в виде положительных менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, между которыми расположена шестая плосковыпуклая линза, обращенная плоскостью к пространству предметов, за пятой линзой добавлена двояковогнутая линза. Технический результат – увеличение поля зрения и достижение термонерасстраиваемости без подвижки линз или приемника вдоль оптической оси при сохранении высокого качества изображения. 10 ил., 1 табл.

Светосильный широкоугольный объектив, содержащий 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, отличающийся тем, что 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.