RU78588U1 - TV LENS - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив видеокамеры с формированием изображения на ПЗС-матрице. Задачей полезной модели является повышение качества изображения в спектральном диапазоне λ=600 м...900 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения 2W=3° при сохранении длины телеобъектива, считая от первой поверхности телеобъектива до плоскости изображения, не превышающей 0,85 фокусного расстояния телеобъектива. Телеобъектив содержит три компонента, расположенных на оптической оси, первый компонент - положительный, выполненный в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, второй компонент - отрицательный, выполненный в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Расстояние между первым и вторым, вторым и третьим компонентами составляет не менее 0,08 и 0,16 фокусного расстояния телеобъектива соответственно, толщина мениска третьего компонента по оптической оси составляет не менее 0,04 фокусного расстояния телеобъектива, а сумма оптических сил компонентов не превышает 0,0003 мм^-1. 6 илл.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. The objective of the utility model is to improve image quality in the spectral range λ = 600 m ... 900 nm by increasing the modulation transmission coefficients over the entire field of view 2W = 3 ° while maintaining the length of the telephoto lens, counting from the first surface of the telephoto lens to the image plane, not exceeding 0 , 85 focal lengths of the telephoto lens. A telephoto lens contains three components located on the optical axis, the first component is positive, made in the form of a double-glued lens, consisting of a biconvex lens and a negative meniscus, the second component is negative, made in the form of a meniscus facing a concave surface to the space of objects, the third component is a single negative meniscus with a concave surface facing the image space. The distance between the first and second, second and third components is at least 0.08 and 0.16 of the telephoto lens focal length, respectively, the meniscus thickness of the third component along the optical axis is at least 0.04 of the telephoto focal length, and the sum of the optical powers of the components does not exceed 0 , 0003 mm ^-1 . 6 ill.

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 [1] из трех компонентов, первый из которых - двусклеенная линза, состоящая из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, второй и третий компоненты - положительные мениски, обращенные вогнутой поверхностью к пространству изображений. Данная конструкция объектива имеет хорошее качество изображения в широком спектральном диапазоне (546...900) нм. Однако недостатком данного объектива является его большая длина, составляющая не менее 1,6 фокусного расстояния объектива.A known 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 and third components are positive menisci, facing a concave surface to the image space. This lens design has good image quality in a wide spectral range (546 ... 900) nm. However, the disadvantage of this lens is its large length, which is at least 1.6 of the focal length of the lens.

Наиболее близкими к предлагаемому телеобъективу является объектив типа «Таир» [2], состоящий из трех компонентов. Первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент - отрицательная линза, третий компонент - мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений и имеющий большую толщину.Closest to the proposed telephoto lens is a lens type "Tair" [2], consisting of three components. The first component is made in the form of a biconvex lens, the second component is a negative lens, the third component is the meniscus, facing a concave surface to the image space and having a large thickness.

Данная конструкция относится к группе нормальных линзовых телеобъективов, имеющих общую длину, не превышающую 0,8-0,85 фокусного расстояния объектива при относительном отверстии 1:4. Однако недостатком прототипа является невысокое качество изображения, определяемое значением коэффициентов передачи модуляции This design belongs to the group of normal telephoto lenses having a total length not exceeding 0.8-0.85 of the focal length of the lens with a relative aperture of 1: 4. However, the disadvantage of the prototype is the low image quality determined by the value of the modulation transmission coefficients

(Т) не более 0.5 для точки на оси для частоты 60 мм^-1 в спектральном диапазоне (486...650) нм.(T) not more than 0.5 for a point on the axis for a frequency of 60 mm ^-1 in the spectral range (486 ... 650) nm.

Задачей полезной модели является повышение качества изображения в спектральном диапазоне λ=600 м...900 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения 2W=3° при сохранении длины телеобъектива, считая от первой поверхности телеобъектива до плоскости изображения, не превышающей 0,85 фокусного расстояния телеобъектива.The objective of the utility model is to improve image quality in the spectral range λ = 600 m ... 900 nm by increasing the modulation transmission coefficients over the entire field of view 2W = 3 ° while maintaining the length of the telephoto lens, counting from the first surface of the telephoto lens to the image plane, not exceeding 0 , 85 focal lengths of the telephoto lens.

Телеобъектив из трех компонентов, расположенных на оптической оси, первый компонент которого положительная линза, второй компонент - отрицательная линза, третий компонент - одиночный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, одиночный мениск третьего компонента выполнен отрицательным, причем расстояние между первым и вторым, вторым и третьим компонентами составляет не менее 0,08 и 0,16 фокусного расстояния телеобъектива, соответственно, толщина мениска третьего компонента по оптической оси составляет не менее 0,04 фокусного расстояния телеобъектива, а сумма оптических сил компонентов не превышает 0,0003 мм^-1.A telephoto lens of three components located on the optical axis, the first component of which is a positive lens, the second component is a negative lens, the third component is a single meniscus facing a concave surface to the image space, characterized in that the first component is a double-glued lens consisting of a biconvex lens and negative meniscus, the second component is made in the form of a meniscus facing a concave surface to the space of objects, a single meniscus of the third component is made negative, and the distance between the first and second, second and third components is at least 0.08 and 0.16 of the focal length of the telephoto lens, respectively, the meniscus thickness of the third component along the optical axis is at least 0.04 of the focal length of the telephoto lens, and the sum of the optical forces components does not exceed 0.0003 mm ^-1 .

Конструкция первого компонента, выполненного в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обеспечивает исправление хроматизма положения в спектральном диапазоне 600 нм...900 нм.The design of the first component, made in the form of a double-glued lens, consisting of a biconvex lens and a negative meniscus, provides correction of the chromaticity of the position in the spectral range of 600 nm ... 900 nm.

Выполнение второго компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, The execution of the second component in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects,

и выбор расстояния между первым и вторым компонентами не менее 0,08 фокусного расстояния телеобъектива обеспечили высокую степень коррекции сферической аберрации и комы для точки на оси.and the choice of the distance between the first and second components of at least 0.08 of the telephoto lens focal length provided a high degree of correction of spherical aberration and coma for a point on the axis.

Выполнение третьего компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, имеющего толщину не менее 0.04 фокусного расстояния телеобъектива, позволило исправить кривизну поля и астигматизм для угла поля зрения 2W=3°.The implementation of the third component in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the image space having a thickness of at least 0.04 of the telephoto lens focal length made it possible to correct the field curvature and astigmatism for the field of view angle 2W = 3 °.

Выбор сумм оптических сил компонентов близкой к 0, а именно не более 0,0003 мм^-1 позволяет исправить кривизну изображения, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков при угле поля зрения 2W=3°.The choice of the sums of the optical powers of the components close to 0, namely, not more than 0.0003 mm ^-1, allows one to correct the image curvature, astigmatism, and aberrations of wide inclined beams at a field of view angle of 2W = 3 °.

Выбор расстояния между вторым и третьим компонентами не менее 0,16 фокусного расстояния телеобъектива, обеспечил общую длину от первой поверхности телеобъектива до плоскости изображения не превышающую 0,84 фокусного расстояния телеобъектива при высоком качестве изображения по всему полю зрения.The choice of the distance between the second and third components of at least 0.16 of the focal length of the telephoto lens, provided the total length from the first surface of the telephoto lens to the image plane not exceeding 0.84 of the focal length of the telephoto lens with high image quality over the entire field of view.

Предлагаемый телеобъектив работает в спектральном диапазоне: λ=600 нм...900 нм, имеет фокусное расстояние 119 мм, относительное отверстие 1:4. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=60 мм^-1 в точке на оси (у′=0) не менее 0.62, на краю поля зрения 2W=3° не менее 0.56.The proposed telephoto lens operates in the spectral range: λ = 600 nm ... 900 nm, has a focal length of 119 mm, a relative aperture of 1: 4. The polychromatic modulation transmission coefficients (T) for the spatial frequency N = 60 mm ^-1 at a point on the axis (y ′ = 0) of at least 0.62, at the edge of the field of view 2W = 3 ° of at least 0.56.

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого телеобъектива.Figure 1 shows the optical diagram of the proposed telephoto lens.

На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз телеобъектива и характеристики стекол, где R-радиусы кривизны поверхностей линз, D-расстояния между поверхностями линз, n_е-показатель Figure 2 shows the design parameters of the telephoto lenses and the characteristics of the glasses, where R-radii of curvature of the lens surfaces, D-distance between the lens surfaces, n _e -indicator

преломления стекол линз для линии е (λ=546 нм), ν_e-число Аббе для линии е.refraction of 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 телеобъектива.Figure 3 shows a graph of the transverse spherical aberration of a telephoto lens.

На фиг.4 приведены графики аберраций широких наклонных пучков меридионального сечения угла поля зрения 2W=3°.Figure 4 shows the graphs of the aberrations of wide inclined beams of the meridional section of the angle of the field of view 2W = 3 °.

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

На фиг.6 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на краю поля зрения 2W=3°.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 = 3 °.

Частотно-контрастные характеристики телеобъектива рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения, приведенной ниже.The frequency-contrast characteristics of the telephoto 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 0,690.69 0,230.23 0,10.1

Телеобъектив (фиг.1) состоит из трех компонентов и светофильтра. Первый компонент содержит положительную линзу, склеенную из двояковыпуклой линзы 1 и отрицательного мениска 2. Фокусное расстояние первого компонента равно 52,87 мм. Второй компонент представляет собой отрицательный мениск 3, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов. Фокусное расстояние второго компонента составляет -71,07 мм. Третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Толщина мениска третьего компонента равна 5,2 мм, что составляет 0,043 фокусного расстояния телеобъектива. Фокусное расстояние третьего компонента составляет -219,07 мм. Значения фокусных расстояний компонентов приведены для λ=700 нм. Расстояние между первым и вторым компонентами равно 10,64 мм, что составляет 0,089 фокусного расстояния телеобъектива. Расстояние между вторым и третьим компонентами равно 19,9 мм, что составляет 0,167 фокусного расстояния телеобъектива. Сумма оптических сил компонентов телеобъектива равнаThe telephoto lens (figure 1) consists of three components and a light filter. The first component contains a positive lens glued from a biconvex lens 1 and a negative meniscus 2. The focal length of the first component is 52.87 mm. The second component is a negative meniscus 3, facing a concave surface to the space of objects. The focal length of the second component is -71.07 mm. The third component is made in the form of a negative meniscus 4 facing a concave surface to the image space. The thickness of the meniscus of the third component is 5.2 mm, which is 0.043 of the telephoto lens focal length. The focal length of the third component is -219.07 mm. The focal lengths of the components are given for λ = 700 nm. The distance between the first and second components is 10.64 mm, which is 0.089 of the telephoto focal length. The distance between the second and third components is 19.9 mm, which is 0.167 of the focal length of the telephoto lens. The sum of the optical powers of the telephoto lens components is equal to

∑φ=1/52,87+1/-71,07+1/-219,07=0,00028 мм^-1.∑φ = 1 / 52.87 + 1 / -71.07 + 1 / -219.07 = 0.00028 mm ^-1 .

Телеобъектив рассчитан со светофильтром 5, имеющим толщину 4 мм. Длина телеобъектива от первой поверхности до плоскости изображения равна 99,85 мм, что составляет 0,839 его фокусного расстояния.The telephoto lens is designed with a light filter 5 having a thickness of 4 mm. The length of the telephoto lens from the first surface to the image plane is 99.85 mm, which is 0.839 of its focal length.

Графики аберраций, приведенные на рис.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 телеобъектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения.The graphs of aberrations shown in Figs. 3 and 4, as well as the graphs of a polychromatic frequency-contrast characteristic for a point on the axis and for the edge of the field of view, shown in Figs. 4 and 5, confirm that the telephoto lens has good image quality over the entire field of view.

В предлагаемом телеобъективе выбор конструкции первого компонента в виде положительной двесклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, второго компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, третьего компонента в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений и имеющего толщину по оптической оси не менее 0,04 фокусного расстояния телеобъектива, выбор расстояний между первым и вторым, между вторым и третьим компонентами не менее 0,08 и 0,16 фокусного расстояния телеобъектива соответственно, а также выбор сумм оптических сил компонентов близкой к 0, а именно не более 0,0003 мм^-1, позволили получить высокие значения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения в спектральном диапазоне 600 нм...900 нм и длину телеобъектива от первой поверхности до плоскости изображения, не превышающую 0,84 его фокусного расстояния.In the proposed telephoto lens, the choice of the design of the first component in the form of a positive double-glued lens, consisting of a biconvex lens and a negative meniscus, the second component in the form of a negative meniscus, facing the concave surface to the space of objects, the third component in the form of a negative meniscus, facing the concave surface to the image space and having thickness along the optical axis of at least 0.04 focal length of the telephoto lens, selection of distances between the first and second, between the second and third components not less than 0.08 and 0.16, respectively telephoto focal length, and the choice of the amounts of optical power components close to 0, namely no more than 0.0003 mm ^-1, yielded high values of modulation transfer factors throughout the field of view in the spectral the range of 600 nm ... 900 nm and the length of the telephoto lens from the first surface to the image plane, not exceeding 0.84 of its focal length.

Телеобъектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=3° проходит через входной зрачок телеобъектива, диаметром 27,5 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз трех компонентов и светофильтр, фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.A telephoto lens works as follows: a parallel beam of light with a field of view angle of 2W = 3 ° passes through the entrance pupil of a telephoto lens with a diameter of 27.5 mm, which coincides with the first surface, and, being refracted through the lens surfaces of the three components and the filter, focuses in the image plane, where The CCD is located.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2105333С1, публикация 1998 г, МПК G02В 9/12, G02B 9/34, G02B 15/22.1. RU patent No. 2105333C1, 1998 publication, IPC G02B 9/12, G02B 9/34, G02B 15/22.

2. Волосов Д.С., «Фотографическая оптика», М., Искусство, 1971 г, с.418-422 - прототип.2. Volosov DS, "Photographic optics", M., Art, 1971, S. 418-422 - prototype.

Claims (1)

Телеобъектив из трех компонентов, расположенных на оптической оси, первый компонент которого положительная линза, второй компонент - отрицательная линза, третий компонент - одиночный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, одиночный мениск третьего компонента выполнен отрицательным, причем расстояние между первым и вторым, вторым и третьим компонентами составляет не менее 0,08 и 0,16 фокусного расстояния телеобъектива соответственно, толщина мениска третьего компонента по оптической оси составляет не менее 0,04 фокусного расстояния телеобъектива, а сумма оптических сил компонентов не превышает 0,0003 мм^-1.

A telephoto lens of three components located on the optical axis, the first component of which is a positive lens, the second component is a negative lens, the third component is a single meniscus facing a concave surface to the image space, characterized in that the first component is a double-glued lens consisting of a biconvex lens and negative meniscus, the second component is made in the form of a meniscus facing a concave surface to the space of objects, a single meniscus of the third component is made negative, and the distance between the first and second, second and third components is at least 0.08 and 0.16 of the focal length of the telephoto lens, respectively, the meniscus thickness of the third component along the optical axis is at least 0.04 of the focal length of the telephoto lens, and the sum of the optical forces of the components does not exceed 0.0003 mm ^-1 .