RU142868U1 - Pupil Lens - Google Patents

Abstract

Объектив с вынесенным зрачком из четырех компонентов, расположенных последовательно на оптической оси, первый компонент которого - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительной и отрицательной линз, четвертый компонент - положительная линза, отличающийся тем, что положительная линза третьего компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, а отрицательная линза третьего компонента выполнена в виде мениска, положительная линза четвертого компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, при этом имеют место следующие соотношения:f':f'≥lφ≥0,8φ,где f' - фокусное расстояние первого компонента,f' - фокусное расстояние третьего компонента,φ - оптическая сила объектива,φ- оптическая сила второго компонента.A lens with a pupil made up of four components arranged sequentially on the optical axis, the first component of which is a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, the second component is a biconvex lens, the third component is a negative meniscus facing a concave surface to the image space and glued from positive and negative lenses, the fourth component is a positive lens, characterized in that the positive lens of the third component The entent is made in the form of a meniscus facing a convex surface to the space of objects, and the negative lens of the third component is made in the form of a meniscus, the positive lens of the fourth component is made into a meniscus facing a convex surface to the space of objects, with the following relations: f ': f '≥lφ≥0.8φ, where f' is the focal length of the first component, f 'is the focal length of the third component, φ is the optical power of the lens, φ is the optical power of the second component.

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 объектив с вынесенным зрачком [1] из четырех компонентов, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде положительной линзы, склеенной из положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительной и отрицательной линз. Данная конструкция объектива имеет хорошее качество изображения в спектральном диапазоне (500…900) нм при относительном отверстии 1:2 и угле поля зрения 2W=15°, удаление входного зрачка от первой поверхности не менее 1,3 фокусного расстояния объектива. Недостатком данной конструкции является большая длина объектива от первой поверхности объектива до плоскости изображения, составляющая не менее 2,4 фокусного расстояния объектива.A known lens with a pupil taken out [1] of four components, the first of which is a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, the second component is made in the form of a positive meniscus facing a concave surface to the space of objects, the third component is made in the form of a positive lens glued together from a positive lens and a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, the fourth component is made in the form of a positive meniscus facing concave surface to space images and glued from the positive and negative lenses. This lens design has good image quality in the spectral range (500 ... 900) nm with a relative aperture of 1: 2 and a field of view angle of 2W = 15 °, removal of the entrance pupil from the first surface of at least 1.3 focal lengths of the lens. The disadvantage of this design is the large length of the lens from the first surface of the lens to the image plane, which is at least 2.4 of the focal length of the lens.

Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из четырех компонентов, первый компонент которого выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, четвертый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы.Closest to the proposed lens is a lens [2], consisting of four components, the first component of which is made in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, the second component is made in the form of a biconvex lens, the third component is made in the form of a negative meniscus facing concave surface to the image space, and glued from a biconvex and biconcave lenses, the fourth component is made in the form of a biconvex lens.

Данная конструкция обеспечивает высокое качество изображений при угловом поле зрения до 15°, относительном отверстии 1:2,8, при этом длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений составляет 1,61 фокусного расстояния объектива, а входной зрачок объектива совпадает с первой поверхностью. Недостатком прототипа является большая длина объектива.This design provides high quality images with an angular field of view of up to 15 °, a relative aperture of 1: 2.8, while the length of the lens from the first surface to the image plane is 1.61 of the focal length of the lens, and the entrance pupil of the lens coincides with the first surface. The disadvantage of the prototype is the large length of the lens.

Задачей полезной модели является уменьшение длины объектива от первой поверхности до плоскости изображений, а так же вынос входного зрачка объектива при сохранении высокого качества изображения.The objective of the utility model is to reduce the length of the lens from the first surface to the image plane, as well as the removal of the entrance pupil of the lens while maintaining high image quality.

Объектив с вынесенным зрачком содержит четыре компонента, расположенных последовательно на оптической оси, первый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительной и отрицательной линз, четвертый компонент - положительная линза, в отличие от прототипа, положительная линза третьего компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, а отрицательная линза третьего компонента выполнена в виде мениска, положительная линза четвертого компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, при этом имеют место следующие соотношения:A pupil lens contains four components arranged sequentially on the optical axis, the first component is a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, the second component is a biconvex lens, the third component is a negative meniscus facing a concave surface to the image space, and glued from positive and negative lenses, the fourth component is a positive lens, in contrast to the prototype, a positive lens of the third component and is formed as a meniscus facing a convex surface toward the object space, and the negative lens of the third component is formed as a meniscus positive lens of the fourth component is in the form of a meniscus facing a convex surface toward the object space, wherein the following relations hold:

f₁′:f₃′≥1f ₁ ′: f ₃ ′ ≥1

φ₂≥0,8φ,φ ₂ ≥0.8φ,

где f₁′ - фокусное расстояние первого компонента,where f ₁ ′ is the focal length of the first component,

f₃′ - фокусное расстояние третьего компонента,f ₃ ′ is the focal length of the third component,

φ - оптическая сила объектива,φ is the optical power of the lens,

φ₂ - оптическая сила второго компонента.φ ₂ - the optical power of the second component.

Конструкция первого компонента, выполненного в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, позволяет получить вынос входного зрачка объектива не менее 0,9 фокусного расстояния объектива и обеспечивает исправление кривизны изображения.The design of the first component, made in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, allows you to get the projection of the input pupil of the lens at least 0.9 of the focal length of the lens and provides correction of image curvature.

Выбор соотношения фокусов первого и третьего компонентов больше или равного 1 обеспечил высокие значения коэффициентов передачи модуляции по всему полю за счет коррекции аберраций широких наклонных пучков и комы.The choice of the ratio of the foci of the first and third components greater than or equal to 1 ensured high values of the modulation transmission coefficients throughout the field due to the correction of aberrations of wide inclined beams and coma.

Выбор оптической силы второго компонента больше 0,8 оптической силы всего объектива, выполнение третьего компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и склеенного из положительного и отрицательного менисков, выполнение четвертого компонента в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, позволили уменьшить длину объектива от первой поверхности до плоскости изображений с высоким качеством изображений по всему полю зрения.The choice of the optical power of the second component is greater than 0.8 of the optical power of the entire lens, the third component in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the image space, and glued from the positive and negative menisci, the fourth component in the form of a positive meniscus facing a concave surface to the space image, allowed to reduce the length of the lens from the first surface to the plane of the image with high quality images throughout the field of view.

Предлагаемый объектив с вынесенным зрачком работает в спектральном диапазоне: λ=(575…850) нм, имеет фокусное расстояние 53,7 мм, относительное отверстие 1:3,4. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (T) для пространственной частоты N=90 мм^-1 в точке на оси (y′=0) не менее 0,63, на поле зрения 2W=12° не менее 0,45.The proposed lens with a remote pupil operates in the spectral range: λ = (575 ... 850) nm, has a focal length of 53.7 mm, the relative aperture is 1: 3.4. Polychromatic modulation transmission coefficients (T) for the spatial frequency N = 90 mm ^-1 at a point on the axis (y ′ = 0) of at least 0.63, in the field of view 2W = 12 ° of at least 0.45.

На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива с вынесенным зрачком.In FIG. 1 shows an optical diagram of the proposed lens with a remote pupil.

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 е (λ=546 нм), ν_e - число Аббе для линии e.In FIG. Figure 2 shows the design parameters of the objective lenses and the characteristics of the glasses, where R are the radii of curvature of the lens surfaces, D are the distances between the lens surfaces, n _e is the refractive index of the lens glasses for the e line (λ = 546 nm), ν _e is the Abbe number for the e line .

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=12°.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 = 12 °.

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=12°.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 = 12 °.

Частотно-контрастные характеристики объектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, 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 given below:

ТаблицаTable λ, мкмλ, μm 575575 600600 700700 750750 850850 CC 0,130.13 1,01,0 0,60.6 0,370.37 0,070,07

Объектив с вынесенным зрачком (фиг. 1) состоит из четырех компонентов и двух светофильтров. Первый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 1, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 2, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительного мениска 3 и отрицательного мениска 4, четвертый компонент выполнен в виде положительного мениска 5, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов. Объектив рассчитан со светофильтрами 6 и 7, служащими для выделения спектрального диапазона. Входной зрачок объектива вынесен на расстояние 52 мм от первой поверхности объектива. Фокусное расстояние первого компонента равно - 213,15 мм. Фокусное расстояние второго компонента равно 62,94 мм. Фокусное расстояние третьего компонента составляет - 210,76 мм. Фокусное расстояние четвертого компонента равно 102,68 мм. Фокусное расстояние объектива 53,67 мм. Значения фокусных расстояний компонентов приведены для λ=700 нм. При этом выполняются следующие соотношения:A pupil lens (Fig. 1) consists of four components and two light filters. The first component is made in the form of a negative meniscus 1 facing the concave surface to the space of objects, the second component is made in the form of a biconvex lens 2, the third component is made in the form of a negative meniscus facing the concave surface to the image space and glued from the positive meniscus 3 and negative meniscus 4, the fourth component is made in the form of a positive meniscus 5 facing a convex surface to the space of objects. The lens is designed with filters 6 and 7, used to highlight the spectral range. The entrance pupil of the lens is spaced 52 mm from the first surface of the lens. The focal length of the first component is - 213.15 mm. The focal length of the second component is 62.94 mm. The focal length of the third component is 210.76 mm. The focal length of the fourth component is 102.68 mm. The focal length of the lens is 53.67 mm. The focal lengths of the components are given for λ = 700 nm. The following relationships are true:

f₁′:f₃′=(-213,15):(-210,76)=1,01≥1,f ₁ ′: f ₃ ′ = (- 213.15): (- 210.76) = 1.01≥1,

Оптическая сила второго компонента равна:The optical power of the second component is equal to:

φ₂=1/f′₂=1/62,94=0,01589,φ ₂ = 1 / f ′ ₂ = 1 / 62.94 = 0.01589,

оптическая сила всего объектива:optical power of the whole lens:

φ=1/f′=1/53,67=0,0186,φ = 1 / f ′ = 1 / 53.67 = 0.0186,

φ₂/φ=0,01589/0,0186=0,0854≥0,8.φ ₂ / φ = 0.01589 / 0.0186 = 0.0854≥0.8.

Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения равна 70 мм, что составляет 1,303 его фокусного расстояния, длина прототипа составляет 1,61 фокусного расстояния объектива.The length of the lens from the first surface to the image plane is 70 mm, which is 1.303 of its focal length, the length of the prototype is 1.61 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 угла поля зрения 2W=12°, приведенные на фиг. 4 и 5, подтверждают, что объектив с вынесенным зрачком имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения.The aberration plots shown in FIG. 3 and 4, as well as plots of a polychromatic frequency-contrast characteristic for a point on the axis and for a field angle of 2W = 12 ° shown in FIG. 4 and 5 confirm that the pupil lens has good image quality over the entire field of view.

Объектив с вынесенным зрачком работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=15° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 15,6 мм, удаленный от первой поверхности объектива на расстояние 52 мм и, преломившись через поверхности линз четырех компонентов и два светофильтра фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.A lens with a remote pupil works as follows: a parallel beam of light with a field of view angle of 2W = 15 ° passes through the entrance pupil of the lens, 15.6 mm in diameter, 52 mm distant from the first surface of the lens and refracted through the lens surfaces of four components and two the light filter focuses in the image plane, where the CCD is located.

Источники информацииInformation sources

1. Патент BY №6363, публикация 2004 г, МПК G02B9/60.1. Patent BY No. 6363, publication 2004, IPC G02B9 / 60.

2. Патент BY №4072 U, публикация 2007 г., МПК G02B 9/00 - прототип.2. Patent BY No. 4072 U, publication 2007, IPC G02B 9/00 - prototype.

Claims (1)

Объектив с вынесенным зрачком из четырех компонентов, расположенных последовательно на оптической оси, первый компонент которого - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и склеенного из положительной и отрицательной линз, четвертый компонент - положительная линза, отличающийся тем, что положительная линза третьего компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, а отрицательная линза третьего компонента выполнена в виде мениска, положительная линза четвертого компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, при этом имеют место следующие соотношения:A lens with a pupil made up of four components arranged sequentially on the optical axis, the first component of which is a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, the second component is a biconvex lens, the third component is a negative meniscus facing a concave surface to the image space and glued from positive and negative lenses, the fourth component is a positive lens, characterized in that the positive lens of the third component cient is formed as a meniscus facing a convex surface toward the object space, and the negative lens of the third component is formed as a meniscus positive lens of the fourth component is in the form of a meniscus facing a convex surface toward the object space, wherein the following relations hold: f₁':f₃'≥lf ₁ ': f ₃ ' ≥l φ₂≥0,8φ,φ ₂ ≥0.8φ, где f₁' - фокусное расстояние первого компонента, where f ₁ 'is the focal length of the first component, f₃' - фокусное расстояние третьего компонента, f ₃ 'is the focal length of the third component, φ - оптическая сила объектива,φ is the optical power of the lens, φ₂ - оптическая сила второго компонента.

φ ₂ - the optical power of the second component.