RU113027U1 - LENS - Google Patents

Abstract

Объектив, содержащий последовательно расположенные на оптической оси первую положительную линзу, первую отрицательную линзу, вторую положительную линзу, вторую отрицательную линзу и третью положительную линзу, выполненную в виде двояковыпуклой линзы, отличающийся тем, что после третьей положительной линзы введены два отрицательных мениска, обращенных вогнутостью к пространству предметов, первая положительная линза выполнена двояковыпуклой, первая отрицательная линза выполнена двусклеенной, состоящей из двояковогнутой линзы с показателем преломления nе и коэффициентом дисперсии νe, удовлетворяющими условиям 1,64≤nе≤1,66, 43≤νe≤44, и положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений с показателем преломления nе и коэффициентом дисперсии νe, удовлетворяющими условиям 1,61≤ne≤1,62, 58≤νe≤59, вторая положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, вторая отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, расстояние между первой отрицательной линзой и второй положительной линзой составляет не менее 0,05 фокусного расстояния объектива. A lens containing a first positive lens, a first negative lens, a second positive lens, a second negative lens, and a third positive lens made in the form of a biconvex lens, arranged in series on the optical axis, characterized in that after the third positive lens, two negative menisci are introduced, facing concavity towards space of objects, the first positive lens is made biconvex, the first negative lens is made double-glued, consisting of a biconcave lens with a refractive index ne and a dispersion coefficient νe satisfying the conditions 1.64≤ne≤1.66, 43≤νe≤44, and a positive meniscus, concavity facing the image space with the refractive index ne and the dispersion coefficient νe satisfying the conditions 1.61≤ne≤1.62, 58≤νe≤59, the second positive lens is made in the form of a meniscus facing the concavity of the image space, the second negative lens is made in the form of a meniscus facing concave space of images, the distance between the first negative lens and the second positive lens is not less than 0.05 of the focal length of the lens.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице.The utility model relates to optical instrumentation, namely, to lenses and can be used as a lens of a video camera with image formation on a CCD matrix.

Известен фотографический объектив [1], содержащий два компонента, первый - положительный, состоящий из трех одиночных линз, первая и вторая из которых положительные, третья отрицательная, второй компонент - отрицательный, состоящий из четырех одиночных линз, первая из которых отрицательная, вторая двояковогнутая, третья - двояковыпуклая и четвертая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов.Known photographic lens [1], containing two components, the first is positive, consisting of three single lenses, the first and second of which are positive, the third negative, the second component is negative, consisting of four single lenses, the first of which is negative, the second is biconcave, the third is biconvex and the fourth is a positive meniscus with a concavity facing the space of objects.

Недостатками объектива являются небольшое относительное отверстие 1:6,3, угол поля зрения, не превышающий 10°, и дисторсия, достигающая 0,015% (0,006 мм) для угла поля зрения 10°.The disadvantages of the lens are a small relative aperture of 1: 6.3, an angle of field of view not exceeding 10 °, and distortion reaching 0.015% (0.006 mm) for an angle of field of view of 10 °.

Наиболее близким к предлагаемому объективу является фотографический объектив [2], содержащий два компонента, первый - положительный, состоящий из последовательно расположенных одиночных линз, первая из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, вторая и третья линзы выполнены в виде положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, а четвертая линза - двояковыпуклая, второй компонент - отрицательный, состоящий из четырех одиночных линз, первая и вторая из которых двояковогнутые, третья - двояковыпуклая, а четвертая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений.Closest to the proposed lens is a photographic lens [2], containing two components, the first is positive, consisting of sequentially arranged single lenses, the first of which is a positive meniscus facing concavity to the image space, the second and third lenses are made in the form of positive and negative menisci facing concavity to the image space, and the fourth lens is biconvex, the second component is negative, consisting of four single lenses, the first and second of which are biconcave, the third is biconvex, and the fourth is a positive meniscus, facing concavity to the space of images.

Недостатками прототипа являются небольшое относительное отверстие 1:4,8 и спектральный диапазон, не превышающий 360 нм в рабочей области λ=(540…900) нм.The disadvantages of the prototype are a small relative aperture of 1: 4.8 and a spectral range not exceeding 360 nm in the working region λ = (540 ... 900) nm.

Задачей полезной модели является увеличение спектрального диапозона до 400 нм, относительного отверстия до 1:3,6 при сохранении высокого качества изображения и дисторсии, не превышающей 0,001 мм для углового поля зрения 16,8°.The objective of the utility model is to increase the spectral range to 400 nm, the relative aperture to 1: 3.6 while maintaining high image quality and distortion not exceeding 0.001 mm for an angular field of view of 16.8 °.

Сущность полезной модели заключается в том, что объектив содержит последовательно расположенные на оптической оси первую положительную линзу, первую отрицательную линзу, вторую положительную линзу, вторую отрицательную линзу и третью положительную линзу, выполненную в виде двояковыпуклой линзы, в отличие от прототипа после третьей положительной линзы введены два отрицательных мениска, обращенных вогнутостью к пространству предметов, первая положительная линза выполнена двояковыпуклой, первая отрицательная линза выполнена двусклеенной, состоящей из двояковогнутой линзы с показателем преломления n_e и коэффициентом дисперсии ν_e, удовлетворяющими условиям 1,64≤n_е≤1,66, 43≤ν_e≤44, и положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений с показателем преломления n_е и коэффициентом дисперсии ν_e, удовлетворяющими условиям 1,61≤n_е≤1,62, 58≤ν_e≤59, вторая положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, вторая отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, расстояние между первой отрицательной линзой и второй положительной линзой составляет не менее 0,05 фокусного расстояния объектива.The essence of the utility model is that the lens contains a first positive lens, a first negative lens, a second positive lens, a second negative lens and a third positive lens made in the form of a biconvex lens sequentially located on the optical axis, in contrast to the prototype, after the third positive lens two negative menisci facing concavity to the space of objects, the first positive lens is biconvex, the first negative lens is biconcern one consisting of a biconcave lens with a refractive index n _e and a dispersion coefficient ν _e satisfying the conditions of 1.64≤n _e ≤1.66, 43≤ν _e ≤44, and a positive meniscus facing concavity to the space of images with a refractive index n _e and a dispersion coefficient ν _e satisfying the conditions of 1.61≤n _e ≤1.62, 58≤ν _e ≤59, the second positive lens is made in the form of a meniscus facing concavity to the image space, the second negative lens is made in the form of a meniscus facing concavity to space is depicted second, the distance between the first negative lens and the second positive lens is at least 0.05 of the focal length of the lens.

Выполнение первой положительной линзы двояковыпуклой, первой отрицательной линзы - двусклеенной, состоящей из отрицательной двояковогнутой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, использование в склеенной линзе стекол с показателями преломления n_е равными 1,6441 и 1,6152, коэффициентами дисперсии ν_e равными 43,24 и 58,69 соответственно позволяет исправить вторичный спектр и тем самым расширить спектральный диапазон до 400 нм. Выполнение второй положительной линзы в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, отстоящей от первой отрицательной линзы на расстояние не менее 0,05 фокусного расстояния объектива, позволяет уменьшить кривизну изображения и сферическую аберрацию в точке на оси. Вторая отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, и совместно с третьей положительной линзой, выполненной двояковогнутой, обеспечивают коррекцию меридиональной кривизны и хроматизма увеличения. Введение после третьей положительной линзы двух отрицательных менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, позволяет осуществить окончательную коррекцию аберраций широкого наклонного пучка лучей для спектрального диапозона λ=(450…850) нм при относительном отверстии 1:3,6, дисторсии 0,001 мм и угловом поле зрения 16,8°.The implementation of the first positive biconvex lens, the first negative lens - double-glued, consisting of a negative biconcave lens and a positive meniscus facing a concave surface to the image space, the use of glasses with a refractive index n _e equal to 1,6441 and 1,6152, dispersion coefficients ν _e equal to 43.24 and 58.69, respectively, allows you to correct the secondary spectrum and thereby expand the spectral range to 400 nm. The implementation of the second positive lens in the form of a meniscus, facing concavity to the image space, separated from the first negative lens by a distance of at least 0.05 of the focal length of the lens, allows you to reduce the image curvature and spherical aberration at a point on the axis. The second negative lens is made in the form of a meniscus facing concavity to the image space, and together with the third positive lens made biconcave, they provide correction of the meridional curvature and increase chromatism. The introduction after the third positive lens of two negative menisci facing concavity to the space of objects allows final correction of aberrations of a wide inclined beam of rays for the spectral range λ = (450 ... 850) nm with a relative aperture of 1: 3.6, distortion of 0.001 mm and an angular field view of 16.8 °.

Выбор марок стекол осуществлен таким образом, чтобы обеспечить с одной стороны минимальный хроматизм увеличения, не превышающий 0,006 мм и минимальные значения сферохроматической аберрации, тем самым расширить спектральный диапазон до 400 нм, а с другой стороны минимальное изменение фокусного расстояния и заднего фокального отрезка при изменении температуры.The choice of glass grades was carried out in such a way as to ensure, on the one hand, the minimum chromaticity of magnification, not exceeding 0.006 mm and the minimum values of spherochromatic aberration, thereby expanding the spectral range to 400 nm, and on the other hand, minimizing the change in focal length and back focal length with temperature .

Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне λ=(450…850) нм, имеет фокусное расстояние 100 мм, относительное отверстие 1:3,6 и поле зрения 2W=16,8°.The proposed lens operates in the spectral range λ = (450 ... 850) nm, has a focal length of 100 mm, a relative aperture of 1: 3.6 and a field of view of 2W = 16.8 °.

Объектив имеет высокое качество изображений: сферическая аберрация для края зрачка не превышает 0,01 мм, дисторсия не превышает 0,001 мм, хроматизм увеличения для края поля зрения не превышает 0,006 мм. Такое исправление аберраций обеспечивает концентрацию энергии в кружке 0,016 мм не менее 81% для точки на оси и не менее 74% для крайних точек поля зрения. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции для пространственной частоты N=50 мм^-1 в точке на оси y'=0 составляют не менее 0,5, на краю поля зрения 2W=16,8° не менее 0,45, что позволяет получать на приемнике изображения малых контрастов.The lens has high image quality: spherical aberration for the edge of the pupil does not exceed 0.01 mm, distortion does not exceed 0.001 mm, the chromaticity of the increase for the edge of the field of view does not exceed 0.006 mm. Such correction of aberrations provides an energy concentration in the circle of 0.016 mm of at least 81% for a point on the axis and at least 74% for the extreme points of the field of view. The polychromatic modulation transmission coefficients for the spatial frequency N = 50 mm ^-1 at a point on the y '= 0 axis are not less than 0.5, at the edge of the field of view 2W = 16.8 ° not less than 0.45, which allows receiving images on the receiver small contrasts.

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.Figure 1 shows the optical scheme of the proposed lens.

На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R - радиус кривизны поверхностей линз, D - расстояние между поверхностями линз, Св. Ø - световой диаметр линз, n_е - показатель преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), ν_e - коэффициент дисперсии для линии е.Figure 2 shows the design parameters of the lenses of the lens and the characteristics of the glasses, where R is the radius of curvature of the lens surfaces, D is the distance between the lens surfaces, St. Ø is the light diameter of the lenses, n _e is the refractive index of the lens glasses for the line e (λ = 546 nm), ν _e is the dispersion coefficient for the line e.

На фиг.3 приведены графики поперечной сферической аберрации объектива и графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения для углов поля зрения W=8,4° и W=6°.Figure 3 shows the graphs of the transverse spherical aberration of the lens and the graphs of the aberrations of wide inclined beams of the meridional section for the field of view angles W = 8.4 ° and W = 6 °.

На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков сагиттального сечения для углов поля зрения W=8,4° и W=6°.Figure 4 shows the graphs of the aberrations of wide inclined beams of sagittal section for the field of view angles W = 8.4 ° and W = 6 °.

На фиг.5 приведены графики дисторсии, меридиональной и сагиттальной кривизны поля зрения.Figure 5 shows graphs of distortion, meridional and sagittal curvature of the field of view.

На фиг.6 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси и для углов поля зрения W=8,4° и W=6°.Figure 6 shows graphs of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for a point on the axis and for the field of view angles W = 8.4 ° and W = 6 °.

Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения С, приведенной ниже.The frequency-contrast characteristics of the lens are calculated in accordance with the table of spectral efficiency coefficients of the actinic radiation flux C given below.

λ, нмλ, nm 450450 550550 650650 750750 850850 СFROM 0.500.50 1one 1one 1one 0.50.5

Объектив (фиг.1) состоит из последовательно расположенных на оптической оси восьми линз. Первая положительная линза 1 выполнена двояковыпуклой. Первая отрицательная линза - двусклеенная из двояковогнутой линзы 2 из стекла с показателем преломления n_е=1,6541 и коэффициентом дисперсии ν_e=43,24 и положительного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству изображений, из стекла с показателем преломления n_е=1,6152 и коэффициентом дисперсии ν_e=58,69, вторая положительная линза 4 представляет собой мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображенй и расположенный на расстоянии 5 мм от положительного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству изображений, что составляет не менее 0,05 фокусного расстояния объектива. Вторая отрицательная линза 5 выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, третья положительная линза 6 выполнена двояковыпуклой, третья 7 и четвертая 8 линзы представляют собой отрицательные мениски, обращенные вогнутостью к пространству предметов.The lens (figure 1) consists of eight lenses arranged in series on the optical axis. The first positive lens 1 is biconvex. The first negative lens is double-glued from a biconcave lens 2 made of glass with a refractive index n _e = 1.6541 and a dispersion coefficient ν _e = 43.24 and a positive meniscus 3 facing concavity to the image space, made of glass with a refractive index n _e = 1, 6152 and a dispersion coefficient ν _e = 58.69, the second positive lens 4 is a meniscus facing concavity to the image space and located at a distance of 5 mm from the positive meniscus 3 facing concavity to the image space, which is not m Less than 0.05 of the focal length of the lens. The second negative lens 5 is made in the form of a meniscus facing concavity to the image space, the third positive lens 6 is biconvex, the third 7 and fourth 8 lenses are negative menisci facing concavity to the space of objects.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения W=8,4° попадает в объектив и, преломившись через поверхности линз 1-8, фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.The lens works as follows: a parallel beam of light with a field of view angle of W = 8.4 ° enters the lens and, being refracted through the surfaces of lenses 1-8, focuses in the image plane where the CCD is located.

Графики аберраций, приведенные на фиг.3-6, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения в спектральном диапазоне от 450 нм до 850 нм.The graphs of aberrations shown in Figs. 3-6 confirm that the lens has good image quality over the entire field of view in the spectral range from 450 nm to 850 nm.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2183339 C1, публикация 2002 г, МПК G02B 9/641. Patent RU No. 2183339 C1, publication 2002, IPC G02B 9/64

2. Патент RU №2183028 C1, публикация 2002 г, МПК G02B 9/64 - прототип.2. Patent RU No. 2183028 C1, publication 2002, IPC G02B 9/64 - prototype.

Claims (1)

Объектив, содержащий последовательно расположенные на оптической оси первую положительную линзу, первую отрицательную линзу, вторую положительную линзу, вторую отрицательную линзу и третью положительную линзу, выполненную в виде двояковыпуклой линзы, отличающийся тем, что после третьей положительной линзы введены два отрицательных мениска, обращенных вогнутостью к пространству предметов, первая положительная линза выполнена двояковыпуклой, первая отрицательная линза выполнена двусклеенной, состоящей из двояковогнутой линзы с показателем преломления n_е и коэффициентом дисперсии ν_e, удовлетворяющими условиям 1,64≤n_е≤1,66, 43≤ν_e≤44, и положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений с показателем преломления n_е и коэффициентом дисперсии ν_e, удовлетворяющими условиям 1,61≤n_e≤1,62, 58≤ν_e≤59, вторая положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, вторая отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, расстояние между первой отрицательной линзой и второй положительной линзой составляет не менее 0,05 фокусного расстояния объектива.

A lens containing a first positive lens, a first negative lens, a second positive lens, a second negative lens, and a third positive lens made in the form of a biconvex lens sequentially located on the optical axis, characterized in that two negative meniscuses are introduced after the third positive lens, facing the concavity to the space of objects, the first positive lens is biconvex, the first negative lens is biconcluded, consisting of a biconcave lens with so far refractive index n _e and a dispersion coefficient ν _e satisfying the conditions of 1.64≤n _e ≤1.66, 43≤ν _e ≤44, and a positive meniscus facing concavity to the image space with a refractive index n _e and a dispersion coefficient ν _e , satisfying the conditions of 1.61≤n _e ≤1.62, 58≤ν _e ≤59, the second positive lens is made in the form of a meniscus facing concavity to the image space, the second negative lens is made in the form of a meniscus facing concavity to the space of images, the distance between first negative lin oh and the second positive lens is not less than 0.05 focal distance of the lens.