EA021665B1 - Lens - Google Patents

Abstract

The invention relates to optoelectronic equipment, namely to lens, and can be used as a lens in different optic observation systems working with CCD receivers. An lens includes two components, the first one of which is made in the form of a biconvex lens from glass with a refraction index of not more than 1.5 and Abbe number of not less than 80, which is bonded to a shallow-concave divergent lens; the second component is made in the form of a biconvex lens bonded to a biconcave lens; a mandrel of the second component performs the function of an aperture diaphragm. Technical result: enlarging a spectrum range of lens operation up to Δλ=600-1000 nm at simultaneous simplification of the design; reduction of weight and dimensional characteristics and cost of the item; simplifying an assembly technology at maintenance of high operating characteristics.

Description

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, а именно к объективам, и может быть использовано как объектив в различных оптических системах наблюдения, формирующих изображение на ПЗС-приемниках.The invention relates to optical-electronic instrumentation, namely to lenses, and can be used as a lens in various optical surveillance systems forming an image on CCD receivers.

Известны объективы типа Таир [1], состоящие из двух компонентов. Первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы и отрицательной линзы, второй компонент - мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Известны также объективы типа Таир [1], в которых первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, склеенной с отрицательной линзой, и мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Объективы имеют фокусное расстояние 300 мм и развивают относительное отверстие от 1:4,5 до 1:3. Недостатком объективов типа Таир являются невысокие значения коэффициентов передачи модуляции, что не позволяет использовать их при работе с низкоконтрастными объектами.Known lenses of the Tair type [1], consisting of two components. The first component is made in the form of a biconvex lens and a negative lens, the second component is the meniscus, facing a concave surface to the image space. Also known are Tair type lenses [1], in which the first component is made in the form of a biconvex lens glued to a negative lens and a meniscus facing a concave surface to the image space. Lenses have a focal length of 300 mm and develop a relative aperture from 1: 4.5 to 1: 3. The disadvantage of Tair-type lenses is the low modulation transmission coefficients, which does not allow them to be used when working with low-contrast objects.

Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из двух компонентов. Первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой, двояковогнутой одиночных линз и положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Второй компонент склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Между первым и вторым компонентами установлена апертурная диафрагма. Объектив имеет фокусное расстояние 300 мм, относительное отверстие 1:3 и работает в спектральном диапазоне Δλ=620-850 нм. Данная конструкция объектива обеспечивает высокие полихроматические коэффициенты передачи модуляции для пространственной частоты N=60 мм^-1: в точке на оси не менее 0.8, на краю поля зрения 2ω=2° не менее 0,7.Closest to the proposed lens is a lens [2], consisting of two components. The first component is made in the form of a biconvex, biconcave single lens and a positive meniscus, facing a concave surface to the image space. The second component is glued from biconvex and biconcave lenses. An aperture diaphragm is installed between the first and second components. The lens has a focal length of 300 mm, a relative aperture of 1: 3 and operates in the spectral range Δλ = 620-850 nm. This lens design provides high polychromatic modulation transmission coefficients for the spatial frequency N = 60 mm ^-1 : at a point on the axis of at least 0.8, at the edge of the field of view 2ω = 2 ° of at least 0.7.

Недостатком объектива является узкий спектральный диапазон работы, что может быть недостаточным для чувствительности ряда ПЗС-приемников и ограничивает применение объектива в сумеречное время суток.The disadvantage of the lens is a narrow spectral range of operation, which may be insufficient for the sensitivity of a number of CCD receivers and limits the use of the lens in the twilight time of the day.

Задачей изобретения является расширение спектрального диапазона работы объектива до Δλ=6001000 нм при одновременном упрощении конструкции - уменьшении весогабаритных характеристик и стоимости изделия, упрощении технологии сборки и сохранении высоких эксплуатационных характеристик.The objective of the invention is to expand the spectral range of the lens to Δλ = 6001000 nm while simplifying the design - reducing weight and size characteristics and cost of the product, simplifying assembly technology and maintaining high performance.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в объективе, содержащем два компонента, первый из которых выполнен в виде двояковыпуклой линзы из стекла с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80 и отрицательной линзы, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, склеенной с двояковогнутой линзой, в отличие от прототипа, первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, склеенной с плосковогнутой отрицательной линзой, функцию апертурной диафрагмы выполняет оправа второго компонента.The solution to this problem is achieved by the fact that in the lens containing two components, the first of which is made in the form of a biconvex lens made of glass with a refractive index of not more than 1.5 and an Abbe number of not less than 80 and a negative lens, the second component is made in the form of a biconvex lens, glued with a biconcave lens, unlike the prototype, the first component is made in the form of a biconvex lens glued with a flat-concave negative lens, the function of the aperture diaphragm is performed by the frame of the second component.

Такая конструкция объектива: выполнение первого компонента в виде двояковыпуклой линзы из стекла с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80, обладающим особым ходом дисперсии, склеенной с плосковогнутой отрицательной линзой, второго - в виде двояковыпуклой линзы, склеенной с двояковогнутой линзой, позволяет получить компактный четырехлинзовый объектив, длина которого от первой поверхности до плоскости изображения составляет 0,95 фокусного расстояния объектива, с хорошей коррекцией хроматических аберраций в широком спектральном диапазоне Δλ=6001000 и кривизны поля и астигматизма, что позволило получить высокую равномерность коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения.Such a design of the lens: the first component is made in the form of a biconvex lens made of glass with a refractive index of not more than 1.5 and an Abbe number of at least 80, which has a special dispersion course glued with a plano-concave negative lens, and the second one is in the form of a biconvex lens glued with a biconcave lens , allows to obtain a compact four-lens lens, the length of which from the first surface to the image plane is 0.95 of the focal length of the lens, with good correction of chromatic aberrations in a wide range of the spectral range Δλ = 6001000 and the field curvature and astigmatism, which made it possible to obtain a high uniformity of modulation transmission coefficients over the entire field of view.

Предлагаемый объектив работает в широком спектральном диапазоне Δλ=600-1000 нм, имеет фокусное расстояние 300 мм, относительное отверстие 1:3,5, апертурной диафрагмой является оправа второго компонента. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции для пространственной частоты N=60 мм^-1 в точке на оси - не менее 0,76, на краю поля зрения 2ω=1°37' - не менее 0,72. Объектив рассчитан совместно со светофильтром, который обеспечивает левую границу спектрального диапазона λ=600 нм.The proposed lens operates in a wide spectral range Δλ = 600-1000 nm, has a focal length of 300 mm, the relative aperture is 1: 3.5, the aperture diaphragm is the frame of the second component. The polychromatic modulation transmission coefficients for the spatial frequency N = 60 mm ^-1 at a point on the axis are at least 0.76, at the edge of the field of view 2ω = 1 ° 37 ', at least 0.72. The lens is designed together with a light filter, which provides the left edge of the spectral range λ = 600 nm.

На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.In FIG. 1 shows an optical diagram of the proposed lens.

На фиг. 2 приведены технические характеристики и конструктивные параметры объектива.In FIG. 2 shows the technical characteristics and design parameters of the lens.

На фиг. 3 представлены результаты аберрационного расчета объектива.In FIG. 3 presents the results of aberration calculation of the lens.

На фиг. 4 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики объектива.In FIG. Figure 4 shows graphs of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristics of the lens.

Объектив (фиг. 1) состоит из последовательно расположенных по ходу лучей двух компонентов и светофильтра. Первый компонент выполнен в виде двухлинзовой склейки, состоящей из двояковыпуклой линзы 1 и плосковогнутой линзы 2. Второй - в виде двухлинзовой склейки, состоящей из двояковыпуклой линзы 3 и двояковогнутой линзы 4. Функцию апертурной диафрагмы выполняет оправа второго компонента. Светофильтр 5, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, обеспечивает левую границу спектрального диапазона λ=600 нм.The lens (Fig. 1) consists of two components sequentially arranged along the rays of the beam and a filter. The first component is made in the form of a two-lens gluing, consisting of a biconvex lens 1 and a plano-concave lens 2. The second is in the form of a two-lens gluing, consisting of a biconvex lens 3 and a biconcave lens 4. The function of the aperture diaphragm is performed by the frame of the second component. The light filter 5, made in the form of a plane-parallel plate, provides the left boundary of the spectral range λ = 600 nm.

Параллельный пучок света падает на первую поверхность объектива и, преломившись через линзы двух компонентов и светофильтр, фокусируется в плоскости изображения, где расположен приемник оптического излучения.A parallel light beam falls on the first surface of the lens and, being refracted through the lenses of two components and a filter, focuses in the image plane, where the optical radiation receiver is located.

На фиг. 2 приведены технические характеристики рассчитанного объектива и его конструктивныеIn FIG. 2 shows the technical characteristics of the calculated lens and its design

- 1 021665 данные: радиусы кривизны поверхностей линз К, толщины линз и воздушных промежутков б, световые диаметры линз, марки стекол (каталог ОНАКА).- 1 021665 data: radii of curvature of lens surfaces K, thickness of lenses and air gaps b, light diameters of lenses, glass brands (ONAKA catalog).

На фиг. 3 приведены графики аберраций осевого пучка (поперечной сферической аберрации и неизопланатизма), главных лучей (астигматических отрезков и относительной дисторсии), широких наклонных пучков в меридиональном сечении на краю поля зрения.In FIG. Figure 3 shows the graphs of axial beam aberrations (transverse spherical aberration and nonisoplanatism), main rays (astigmatic segments and relative distortion), wide inclined beams in the meridional section at the edge of the field of view.

На фиг. 4 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и на краю поля зрения.In FIG. Figure 4 shows graphs of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic for a point on the axis and on the edge of the field of view.

В предлагаемом объективе выбор конструкции первого компонента в виде двояковыпуклой линзы из стекла с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80, склеенной с плосковогнутой отрицательной линзой, второго - в виде двояковыпуклой линзы, склеенной с двояковогнутой линзой, позволил получить компактную - длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения составляет 0,95 фокусного расстояния объектива, простую в сборке оптическую схему с высоким светопропусканием, которая обеспечивает высокое качество изображения в спектральном диапазоне Δλ=6001000 нм, что подтверждают графики аберраций, приведенные на фиг. 3, и графики полихроматической частотно-контрастной характеристики, приведенные на фиг. 4. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции объектива в спектральном диапазоне Δλ=600-1000 нм для пространственной частоты N=60 мм^-1: в точке на оси - не менее 0,76, на краю поля зрения 2ω=1°37' - не менее 0,72.In the proposed lens, the choice of the design of the first component in the form of a biconvex lens made of glass with a refractive index of not more than 1.5 and an Abbe number of not less than 80 glued with a flat-concave negative lens, and the second one in the form of a biconvex lens glued with a biconcave lens, made it possible to obtain a compact - the length of the lens from the first surface to the image plane is 0.95 of the focal length of the lens, an easy-to-assemble optical scheme with high light transmission, which ensures high image quality in the spectral range Δλ = 6001000 nm, which is confirmed by the graphs of aberrations shown in FIG. 3, and the plots of the polychromatic frequency-contrast characteristic shown in FIG. 4. Polychromatic transmission modulation coefficients of the lens in the spectral range Δλ = 600-1000 nm for the spatial frequency N = 60 mm ^-1 : at a point on the axis - at least 0.76, at the edge of the field of view 2ω = 1 ° 37 '- at least 0.72.

Использованные источники информацииInformation Sources Used

1. Волосов Д.С. Фотографическая оптика. М.: Искусство, 1978. С. 339-436.1. Volosov D.S. Photographic optics. M .: Art, 1978.P. 339-436.

2. Патент РБ 15649, МПК О02В 9/60, 2011 (прототип).2. Patent RB 15649, IPC O02V 9/60, 2011 (prototype).

Claims (2)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Объектив, содержащий последовательно расположенные по ходу луча два компонента, первый из которых содержит двояковыпуклую линзу из стекла с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80 и отрицательную линзу, второй компонент склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и обращен вогнутой поверхностью к пространству изображений, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде склейки, состоящей из двояковыпуклой линзы и плосковогнутой отрицательной линзы, обращенной плоской стороной к пространству изображений, функцию апертурной диафрагмы выполняет оправа второго компонента.A lens containing two components sequentially located along the beam, the first of which contains a biconvex lens made of glass with a refractive index of not more than 1.5 and an Abbe number of not less than 80 and a negative lens, the second component is glued from a biconvex and biconcave lens and facing a concave surface to the space of images, characterized in that the first component is made in the form of gluing, consisting of a biconvex lens and a flat-concave negative lens, facing the flat side to the image space, the function of the aperture diaphragm is performed by the frame of the second component. р=300мм 0/^=1:3.5 2а=1°37' Δ/~600... 1000 нмp = 300mm 0 / ^ = 1: 3.5 2a = 1 ° 37 'Δ / ~ 600 ... 1000 nm КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫOPTICAL SYSTEM CONSTRUCTION PARAMETERS К TO б b Световой диаметр Light diameter Марка стекла Mark glass 126.10 126.10 19.00 7 p.m. 86.0 86.0 3-ЕР151 3-EP151 -135.21 -135.21 3.00 3.00 84.9 84.9 3-ΤΙΜ35 3-ΤΙΜ35 0.00 0.00 5.85 5.85 83.0 83.0 70.96 70.96 17.00 5 p.m. 79.1 79.1 3-Β3Μ25 3-Β3Μ25 -2070.00 -2070.00 6.50 6.50 76.3 76.3 3-ΕΞ15Υ 3-ΕΞ15Υ 47.42 47.42 178.78 178.78 63.1 63.1 0.00 0.00 2.00 2.00 20.9 20.9 КСЮ KSU 0.00 0.00 20.6 20.6 Фиг. 2FIG. 2 - 2 021665- 2 021665