RU139661U1 - LENS - Google Patents

Abstract

Объектив, содержащий два компонента, расположенных на оптической оси, первый компонент которого содержит две линзы, первая из которых выполнена двояковыпуклой, второй компонент - отрицательный мениск, отличающийся тем, что вторая линза первого компонента выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, а отрицательный мениск второго компонента обращен вогнутой поверхностью к пространству изображений, причем расстояние между первым и вторым компонентами составляет не менее 0,3 фокусного расстояния объектива, толщина мениска второго компонента по оптической оси составляет не менее 0,06 фокусного расстояния объектива, а сумма оптических сил двух компонентов не превышает 0,006 мм.A lens containing two components located on the optical axis, the first component of which contains two lenses, the first of which is biconvex, the second component is a negative meniscus, characterized in that the second lens of the first component is made in the form of a positive meniscus facing a concave surface to the image space and glued from a biconvex and biconcave lenses, and the negative meniscus of the second component faces the concave surface of the image space, and the distance between the first and second components is at least 0.3 of the focal length of the lens, the meniscus thickness of the second component along the optical axis is at least 0.06 of the focal length of the lens, and the sum of the optical powers of the two components does not exceed 0.006 mm.

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 телеобъектив [1] из трех компонентов, первый из которых - двусклеенная линза, состоящая из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Данная конструкция объектива имеет хорошее качество изображения в спектральном диапазоне (600…900)нм при относительном отверстии 1:4 и угле поля зрения 2W=3°, причем длина телеобъектива от первой поверхности до плоскости изображений составляет не более 0,85 фокусного расстояния объектива. Однако данная конструкция не позволяет сохранить высокое качество изображений при увеличении относительного отверстия и угла поля зрения.A well-known telephoto lens [1] of three components, the first of which is a double-glued lens, consisting of a biconvex lens and a negative meniscus, the second component is made in the form of a meniscus facing a concave surface to the space of objects, the third component is made in the form of a negative meniscus facing a concave surface to image space. This lens design has good image quality in the spectral range (600 ... 900) nm with a relative aperture of 1: 4 and a field angle of 2W = 3 °, and the length of the telephoto lens from the first surface to the image plane is not more than 0.85 of the focal length of the lens. However, this design does not allow to maintain high image quality while increasing the relative aperture and field of view angle.

Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из двух компонентов. Первый компонент состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент содержит двояковыпуклую линзу и отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов.Closest to the proposed lens is a lens [2], consisting of two components. The first component consists of a biconvex and biconcave lenses, the second component contains a biconvex lens and a negative meniscus, facing a concave surface to the space of objects.

Данная конструкция обеспечивает угловое поле зрения до 12° при относительном отверстии 1:1,6, при этом длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений составляет 1,35 фокусного расстояния объектива. Однако недостатком прототипа является невысокое качество изображения, определяемое значением коэффициентов передачи модуляции (T) не более 0,5 для точки на оси для пространственной частоты N=67 мм^-1 в спектральном диапазоне (600…900)нм при относительном отверстии 1:3,5.This design provides an angular field of view of up to 12 ° with a relative aperture of 1: 1.6, while the length of the lens from the first surface to the image plane is 1.35 of the focal length of the lens. However, the disadvantage of the prototype is the low image quality, determined by the value of the modulation transmission coefficients (T) of not more than 0.5 for a point on the axis for the spatial frequency N = 67 mm ^-1 in the spectral range (600 ... 900) nm with a relative aperture of 1: 3, 5.

Задачей полезной модели является повышение качества изображения в спектральном диапазоне λ=(600…900) нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения 2W=6° при относительном отверстии объектива 1:3,5 и уменьшение общей длины объектива.The objective of the utility model is to increase image quality in the spectral range λ = (600 ... 900) nm by increasing the modulation transmission coefficients throughout the field of view 2W = 6 ° with a relative lens aperture of 1: 3.5 and reducing the total length of the lens.

Объектив содержит два компонента, расположенных на оптической оси, первый компонент содержит две линзы, первая из которых выполнена двояковыпуклой, второй компонент - отрицательный мениск, в отличие от прототипа, вторая линза первого компонента выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, а отрицательный мениск второго компонента обращен вогнутой поверхностью к пространству изображений, причем расстояние между первым и вторым компонентами составляет не менее 0,3 фокусного расстояния объектива, толщина мениска второго компонента по оптической оси составляет не менее 0,06 фокусного расстояния объектива, а сумма оптических сил двух компонентов не превышает 0,006 мм^-1.The lens contains two components located on the optical axis, the first component contains two lenses, the first of which is biconvex, the second component is a negative meniscus, unlike the prototype, the second lens of the first component is made in the form of a positive meniscus facing a concave surface to the image space and glued from a biconvex and biconcave lens, and the negative meniscus of the second component faces the concave surface of the image space, the distance between the first and second th components is not less than 0.3 of the focal distance of the lens, the thickness of the meniscus of the second component along the optical axis is not less than 0.06 lens focal length, and the sum of optical powers of the two components is less than 0.006 mm ^-1.

Конструкция первого компонента, выполненного в виде двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного вогну той поверхностью к пространству изображений, и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, обеспечивает исправление сферической аберрации и хроматизма положения в спектральном диапазоне (600…900)нм.The construction of the first component, made in the form of a biconvex lens and a positive meniscus facing a concave surface to the image space, and glued from a biconvex and biconcave lenses, provides correction of spherical aberration and position chromatism in the spectral range (600 ... 900) nm.

Выполнение второго компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, имеющего толщину не менее 0,06 фокусного расстояния объектива, позволило исправить кривизну поля и астигматизм для угла поля зрения 2W=6°.The execution of the second component in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the image space having a thickness of at least 0.06 of the focal length of the lens made it possible to correct the field curvature and astigmatism for the field of view angle 2W = 6 °.

Выбор сумм оптических сил компонентов не более 0,006 мм^-1 позволяет исправить кривизну изображения, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков при угле поля зрения 2W=6°.The choice of the sums of the optical forces of the components of not more than 0.006 mm ^-1 allows you to correct the image curvature, astigmatism and aberrations of wide inclined beams at a field angle of 2W = 6 °.

Выбор расстояния между первым и вторым компонентами не менее 0,3 фокусного расстояния объектива, обеспечил общую длину от первой поверхности объектива до плоскости изображения не превышающую 1,05 фокусного расстояния объектива при высоком качестве изображения по всему полю зрения.The choice of the distance between the first and second components of not less than 0.3 of the focal length of the lens, provided the total length from the first surface of the lens to the image plane not exceeding 1.05 of the focal length of the lens with high image quality over the entire field of view.

Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне: λ=(600…900)ΗΜ, имеет фокусное расстояние 70,2 мм, относительное отверстие 1:3,5. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (T) для пространственной частоты N=67 мм^-1 в точке на оси (y'=0) не менее 0,7, на краю поля зрения 2W=6° не менее 0,5.The proposed lens operates in the spectral range: λ = (600 ... 900) ΗΜ, has a focal length of 70.2 mm, the relative aperture is 1: 3.5. Polychromatic modulation transmission coefficients (T) for the spatial frequency N = 67 mm ^-1 at a point on the axis (y '= 0) of at least 0.7, at the edge of the field of view 2W = 6 ° of at least 0.5.

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

На фиг. 2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R-радиусы кривизны поверхностей линз, D-расстояния между поверхностями линз, n_e-показатель преломления стекол линз для линии e(λ=546 нм), y_e-число Аббе для линии e.In FIG. Figure 2 shows the design parameters of the objective lenses and the characteristics of glasses, where R is the radius of curvature of the lens surfaces, D is the distance between the lens surfaces, n _e is the refractive index of the lens glasses for the line e (λ = 546 nm), and y _{e is the} Abbe number for the line e .

На фиг. 3 приведен график поперечной сферической аберрации объектива.In FIG. 3 is a graph of the transverse spherical aberration of the lens.

На фиг. 4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=6°.In FIG. Figure 4 shows the aberration plots of wide inclined beams of the meridional section of the angle of the field of view 2W = 6 °.

На фиг. 5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) для точки на оси.In FIG. Figure 5 shows a graph of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for a point on the axis.

На фиг. 6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) для точки на краю поля зрения 2W=6°.In FIG. Figure 6 shows a graph of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for a point on the edge of the field of view 2W = 6 °.

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

ТаблицаTable λ, мкмλ, μm 600600 650650 700700 800800 900900 СFROM 0,420.42 1,01,0 0,820.82 0,370.37 0,150.15

Объектив (фиг. 1) состоит из двух компонентов и светофильтра. Первый компонент содержит двояковыпуклую линзу 1 и положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, и склеенный из двояковыпуклой линзы 2 и двояковогнутой линзы 3. Фокусное расстояние первого компонента равно 63,34 мм. Второй компонент представляет собой отрицательный мениск 4, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Фокусное расстояние второго компонента составляет - 95,48 мм. Значения фокусных расстояний компонентов приведены для λ=650 нм. Толщина мениска второго компонента равна 4,4 мм, что составляет 0,063 фокусного расстояния объектива. Расстояние между первым и вторым компонентами равно 25 мм, что составляет 0,356 фокусного расстояния объектива.The lens (Fig. 1) consists of two components and a filter. The first component contains a biconvex lens 1 and a positive meniscus facing a concave surface to the image space and glued from a biconvex lens 2 and a biconcave lens 3. The focal length of the first component is 63.34 mm. The second component is a negative meniscus 4, facing a concave surface to the image space. The focal length of the second component is - 95.48 mm. The focal lengths of the components are given for λ = 650 nm. The thickness of the meniscus of the second component is 4.4 mm, which is 0.063 of the focal length of the lens. The distance between the first and second components is 25 mm, which is 0.356 of the focal length of the lens.

Сумма оптических сил компонентов объектива равнаThe sum of the optical powers of the lens components is

Σφ=1/63,34+1/-95,48=0,0053 мм^-1.Σφ = 1 / 63.34 + 1 / -95.48 = 0.0053 mm ^-1 .

Объектив рассчитан со светофильтром 5, имеющим толщину 2 мм. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения равна 70,17 мм, что составляет 0,9997 его фокусного расстояния, длина прототипа составляет 1,35 фокусного расстояния объектива.The lens is designed with a 5 color filter having a thickness of 2 mm. The length of the lens from the first surface to the image plane is 70.17 mm, which is 0.9997 of its focal length, the prototype length is 1.35 of the focal length of the lens.

Графики аберраций, приведенные на фиг. 3 и 4, а также графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 4 и 5, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения.The aberration plots shown in FIG. 3 and 4, as well as graphs of a polychromatic frequency-contrast characteristic for a point on the axis and for the edge of the field of view, shown in FIG. 4 and 5 confirm that the lens has good image quality over the entire field of view.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=6° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 20 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз двух компонентов 1-4 и светофильтр 5 фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.The lens works as follows: a parallel light beam with a field of view angle of 2W = 6 ° passes through the entrance pupil of the lens, 20 mm in diameter, coinciding with the first surface, and, being refracted through the lens surfaces of two components 1-4 and the filter 5 is focused in the image plane, where is the CCD matrix located.

Источники информацииInformation sources

1. Патент BY №4253, публикация 2008 г, МПК G02B 9/121. Patent BY No. 4253, publication of 2008, IPC G02B 9/12

2. Патент RU №2183341 C1, публикация 2002 г., МПК G02B 13/14, G02B 9/34 - прототип.2. Patent RU No. 2183341 C1, publication 2002, IPC G02B 13/14, G02B 9/34 - prototype.

Claims (1)

Объектив, содержащий два компонента, расположенных на оптической оси, первый компонент которого содержит две линзы, первая из которых выполнена двояковыпуклой, второй компонент - отрицательный мениск, отличающийся тем, что вторая линза первого компонента выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, а отрицательный мениск второго компонента обращен вогнутой поверхностью к пространству изображений, причем расстояние между первым и вторым компонентами составляет не менее 0,3 фокусного расстояния объектива, толщина мениска второго компонента по оптической оси составляет не менее 0,06 фокусного расстояния объектива, а сумма оптических сил двух компонентов не превышает 0,006 мм^-1.

A lens containing two components located on the optical axis, the first component of which contains two lenses, the first of which is biconvex, the second component is a negative meniscus, characterized in that the second lens of the first component is made in the form of a positive meniscus facing a concave surface to the image space and glued from a biconvex and biconcave lenses, and the negative meniscus of the second component faces the concave surface of the image space, and the distance between the first and second components is at least 0.3 of the focal length of the lens, the thickness of the meniscus of the second component along the optical axis is at least 0.06 of the focal length of the lens, and the sum of the optical powers of the two components does not exceed 0.006 mm ^-1 .

Images