RU142867U1

RU142867U1 - LENS

Info

Publication number: RU142867U1
Application number: RU2014102516/28U
Authority: RU
Inventors: Наталия Ефимовна Кунделева; Здислав Иосифович Поконечный; Татьяна Евгеньевна Емельянова
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-07-10

Abstract

Объектив, содержащий установленные по ходу луча силовой и коррекционный компоненты, при этом силовой компонент состоит из положительной линзы, склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отрицательной двусклеенной линзы и одиночного положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, коррекционный компонент состоит из одиночной отрицательной линзы, между силовым и коррекционным компонентами установлен спектроделительный блок, выполненный с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны 1064 нм или 1570 нм, отличающийся тем, что отрицательная двусклеенная линза силового компонента содержит двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, одиночная отрицательная линза коррекционного компонента выполнена двояковогнутой, причем расстояние между вогнутыми поверхностями одиночного положительного мениска силового компонента и двояковогнутой линзы силового компонента, приведенное к воздуху, составляет 0,5...0,54 фокусного расстояния объектива, коррекционный компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а его оптическая сила по абсолютной величине составляет 4,4...4,55 оптической силы объектива, одиночный положительный мениск силового компонента выполнен из материала с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80.The lens contains the power and correction components installed along the beam, while the power component consists of a positive lens glued from a biconvex and biconcave lenses, a negative two-glued lens and a single positive meniscus facing a concave surface to the image space, the correction component consists of a single negative lens , between the power and correction components installed spectrodividing unit, configured to transmit radiation in spectrally m range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and reflection of radiation with a wavelength of 1064 nm or 1570 nm, characterized in that the negative double-glued lens of the power component contains a biconvex and biconcave lens, a single negative lens of the correction component is biconcave, and the distance between the concave surfaces of a single the positive meniscus of the power component and the biconcave lens of the power component, brought to air, is 0.5 ... 0.54 of the focal length of the lens, corrective composition t is installed with the ability to move along the optical axis, and its optical power in absolute value is 4.4 ... 4.55 of the optical power of the lens, a single positive meniscus of the power component is made of material with a refractive index of not more than 1.5 and an Abbe number of less than 80.

Description

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

Известен объектив [1], состоящий из силового и коррекционного компонентов, силовой компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, одиночного мениска и отрицательной двусклеенной линзы, установленной после одиночного мениска, коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного и положительного менисков, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу и плоско-паралелльной пластинки.A known lens [1], consisting of power and correction components, the power component is made in the form of a positive double-glued lens, consisting of a biconvex and biconcave lenses, a single meniscus and a negative double-glued lens, installed after a single meniscus, the correction component is made in the form of negative and positive menisci facing convex surfaces to each other and plane-parallel plate.

Данная конструкция объектива имеет длину, не превышающую 1,2 фокусного расстояния объектива. Однако недостатком прототипа являются недостаточно высокие значения коэффициентов передачи модуляции не превышающие 0,5 на частотах более 50 мм^-1 для объектива с фокусным расстоянием 150 мм, а также невозможность одновременной регистрации изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике.This lens design has a length not exceeding 1.2 of the focal length of the lens. However, the disadvantage of the prototype is the insufficiently high values of modulation transmission coefficients not exceeding 0.5 at frequencies greater than 50 mm ^-1 for a lens with a focal length of 150 mm, as well as the impossibility of simultaneously registering an image on a CCD and a photodetector.

Наиболее близким к предполагаемому объективу является объектив [2], содержащий силовой и коррекционный компоненты и спектроделительный блок, выполненный с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны 1064 нм или 1570 нм, и установленный между силовым и коррекционным компонентами. Силовой компонент содержит положительную линзу, склеенную из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отрицательный мениск, склеенный из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и положительного мениска, а также одиночный положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Коррекционный компонент содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов. Прототип имеет высокое качество изображений по всему полю зрения, при этом длина объектива от первой поверхности объектива до плоскости изображений составляет 1,08 фокусного расстояния объектива.Closest to the intended lens is a lens [2], containing power and correction components and a spectro-splitting unit, configured to transmit radiation in the spectral range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and reflect radiation of a wavelength of 1064 nm or 1570 nm, and mounted between power and correction components. The power component contains a positive lens glued from a biconvex and biconcave lens, a negative meniscus glued from a negative meniscus facing a concave surface to the image space, and a positive meniscus, as well as a single positive meniscus facing a concave surface to the image space. The correction component contains a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects. The prototype has high image quality over the entire field of view, while the length of the lens from the first surface of the lens to the image plane is 1.08 of the focal length of the lens.

Задачей полезной модели является уменьшение длины объектива от его первой поверхности до плоскости изображений при одновременном сохранении качества изображений по всему полю зрения в спектральном диапазоне длин волн λ=575 нм … 900 нм.The objective of the utility model is to reduce the length of the lens from its first surface to the image plane while maintaining image quality over the entire field of view in the spectral range of wavelengths λ = 575 nm ... 900 nm.

Объектив содержит установленные по ходу луча силовой и коррекционный компоненты, при этом силовой компонент состоит из положительной линзы, склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отрицательной двусклеенной линзы и одиночного положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, коррекционный компонент состоит из одиночной отрицательной линзы, между силовым и коррекционным компонентами установлен спектроделительный блок, выполненный с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны 1064 нм или 1570 нм, в отличие от прототипа отрицательная двусклеенная линза силового компонента содержит двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, одиночная отрицательная линза коррекционного компонента выполнена двояковогнутой, причем расстояние между вогнутыми поверхностями одиночного положительного мениска силового компонента и двояковогнутой линзы силового компонента, приведенное к воздуху, составляет 0,5…0,54 фокусного расстояния объектива, коррекционный компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а его оптическая сила по абсолютной величине составляет 4,4…4,55 оптической силы объектива, одиночный положительный мениск силового компонента выполнен из материала с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80.The lens contains power and correction components installed along the beam, while the power component consists of a positive lens glued from a biconvex and biconcave lens, a negative two-glued lens and a single positive meniscus facing a concave surface to the image space, the correction component consists of a single negative lens, between the power and correction components installed spectrodividing unit, configured to transmit radiation in the spectral range in the range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and reflection of radiation with a wavelength of 1064 nm or 1570 nm, in contrast to the prototype, the negative two-glued lens of the power component contains a biconvex and biconcave lens, a single negative lens of the correction component is biconcave, and the distance between the concave surfaces of a single positive the meniscus of the power component and the biconcave lens of the power component, brought to air, is 0.5 ... 0.54 of the focal length of the lens, the correction component installed with the ability to move along the optical axis, and its optical power in absolute value is 4.4 ... 4.55 of the optical power of the lens, a single positive meniscus of the power component is made of material with a refractive index of not more than 1.5 and an Abbe number of not less than 80.

Выполнение отрицательной двусклеенной линзы силового компонента из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, одиночной отрицательной линзы коррекционного компонента двояковогнутой, а также выполнение одиночного положительного мениска силового компонента из материала с показателем преломления не более 1,5 и числом Аббе не менее 80, позволило исправить сферохроматические аберрации, хроматизм увеличения, аберрации широких пучков.The implementation of a negative double-glued lens of the power component from a biconvex and biconcave lenses, a single negative lens of the correction component of a biconcave, as well as the execution of a single positive meniscus of the power component from a material with a refractive index of not more than 1.5 and an Abbe number of not less than 80, made it possible to correct spherochromatic aberrations, chromatism enlargement, aberration of wide beams.

Выбор оптической силы коррекционного компонента по абсолютной величине в диапазоне от 4,4 до 4,5 оптической силы объектива позволил сократить длину объектива от первой поверхности до плоскости изображений до 0,87 фокусного расстояния объектива.The choice of the optical power of the correction component in absolute value in the range from 4.4 to 4.5 of the optical power of the lens made it possible to reduce the length of the lens from the first surface to the image plane to 0.87 of the focal length of the lens.

Выбор расстояния, приведенного к воздуху, между вогнутыми поверхностями мениска силового компонента и двояковогнутой линзы коррекционного компонентов в пределах 0,5…0,54 фокусного расстояния объектива, позволяет исправить кривизну изображения по всему полю при сохранении небольшой длины объектива.The choice of the distance reduced to air between the concave surfaces of the meniscus of the power component and the biconcave lens of the correction components within 0.5 ... 0.54 of the focal length of the lens allows you to correct the curvature of the image over the entire field while maintaining a small lens length.

Коррекционный компонент объектива установлен с возможностью перемещений вдоль оптической оси, что позволяет эффективно использовать его для фокусировки объектива от 60 м до бесконечности при нахождении плоскости наилучшей установки на ПЗС-матрице и для компенсации терморасстраиваемости объектива, сохраняя при этом высокое качество по всему полю зрения.The correction component of the lens is mounted with the possibility of movement along the optical axis, which allows it to be used efficiently to focus the lens from 60 m to infinity when finding the best installation plane on the CCD matrix and to compensate for the thermal disintegration of the lens, while maintaining high quality over the entire field of view.

Предлагаемый объектив имеет фокусное расстояние 210,5 мм, относительное отверстие 1:3,5, входной зрачок диаметром 60 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (T) для пространственной частоты N=60 мм^-1 в точке на оси не менее 0,73, на краю поля зрения 2W=2° не менее 0,5.The proposed lens has a focal length of 210.5 mm, the relative aperture is 1: 3.5, the entrance pupil with a diameter of 60 mm coincides with the first surface of the lens. Polychromatic modulation transmission coefficients (T) for the spatial frequency N = 60 mm ^-1 at a point on the axis of at least 0.73, at the edge of the field of view 2W = 2 ° 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), 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-distances between the lens surfaces, n _e is the refractive index of the lens glasses for the line e (λ = 546 nm), ν _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=2°.In FIG. Figure 4 shows the aberration graphs of wide inclined beams of the meridional section of the angle of the field of view 2W = 2 °.

На фиг .5 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) для точки на оси.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=2°.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 = 2 °.

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, нмλ, nm 575575 650650 700700 800800 900900 СFROM 0,1370.137 1one 0,820.82 0,370.37 0,1480.148

Объектив (фиг. 1) состоит из установленных по ходу луча из силового компонента и коррекционного компонента. Силовой компонент содержит положительную линзу, склеенную из двояковыпуклой линзы 1 и двояковогнутой линзы 2, отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы 3 и двояковогнутой линзы 4, одиночный положительный мениск 5, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Коррекционный компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы 6, его оптическая сила равна φ-1/f′=0,0213 мм^-1, что составляет 4,497 оптической силы объектива по абсолютной величине. Расстояние между вогнутыми поверхностями силового и коррекционного компонентов, приведенное к воздуху, равно 110,46 мм, что составляет 0,525 фокусного расстояния объектива. Коррекционный компонент установлен с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси. Для фокусировки объектива на расстояние 60 м коррекционный компонент перемещается на 0,8 мм по направлению к плоскости изображений, при этом расстояние между силовым и коррекционным компонентами, приведенное к воздуху, равно 111,27 мм, что составляет 0,529 фокусного расстояния объектива. Между силовым и коррекционным компонентами расположен спектроделительный блок 7, пропускающий излучение в спектральном диапазоне λ=500 нм … 900 нм и отражающий излучение с длиной волны λ=1064 нм. Объектив содержит светофильтр 8, выделяющий спектральный диапазон в соответствии с таблицей. При расчете объектива учтена толщина защитного стекла ПЗС-матрицы. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения ПЗС-матрицы по оптической оси равна 182,9 мм, что составляет 0,869 фокусного расстояния объектива, у прототипа эта величина составляет 1,08 фокусного расстояния объектива.The lens (Fig. 1) consists of a power component and a correction component installed along the beam. The power component contains a positive lens glued from a biconvex lens 1 and a biconcave lens 2, a negative two-glued lens, consisting of a biconvex lens 3 and a biconcave lens 4, a single positive meniscus 5, facing a concave surface to the image space. The correction component is made in the form of a biconcave lens 6, its optical power is equal to φ-1 / f ′ = 0.0213 mm ^-1 , which is 4.497 of the optical power of the lens in absolute value. The distance between the concave surfaces of the power and correction components reduced to air is 110.46 mm, which is 0.525 of the focal length of the lens. The correction component is installed with the possibility of quotation movements along the optical axis. To focus the lens at a distance of 60 m, the correction component moves 0.8 mm in the direction of the image plane, while the distance between the power and correction components brought to the air is 111.27 mm, which is 0.529 of the lens focal length. Between the power and correction components there is a spectro-splitting unit 7, which transmits radiation in the spectral range λ = 500 nm ... 900 nm and reflects radiation with a wavelength of λ = 1064 nm. The lens contains a filter 8, highlighting the spectral range in accordance with the table. When calculating the lens, the thickness of the protective glass of the CCD matrix was taken into account. The length of the lens from the first surface to the image plane of the CCD matrix along the optical axis is 182.9 mm, which is 0.869 of the focal length of the lens, in the prototype this value is 1.08 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. 5 и 6, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения, что позволяет получить изображение объектов с малым контрастом (K=0.1).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. 5 and 6, confirm that the lens has good image quality over the entire field of view, which allows you to get an image of objects with low contrast (K = 0.1).

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=2° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 60 мм, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз 1,2,3,4,5 попадает в спектроделительный блок 7, после которого излучение с длинами волн λ=500 нм…900 нм попадает на линзу 6, преломляется через его поверхности, проходит через светофильтр 8, и фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица. Пучок лучей с длиной волны λ=1064 нм или λ=1570 нм отражается от гипотенузной грани спектроделительного блока 7 и фокусируется на площадке фотоприемника.The lens works as follows: a parallel beam of light with a field of view angle of 2W = 2 ° passes through the entrance pupil of the lens, 60 mm in diameter, coinciding with the first surface, and, being refracted through the lens surfaces, 1,2,3,4,5 gets into the spectrodividing unit 7, after which radiation with wavelengths λ = 500 nm ... 900 nm hits the lens 6, is refracted through its surface, passes through the filter 8, and focuses in the image plane, where the CCD matrix is located. A beam of rays with a wavelength of λ = 1064 nm or λ = 1570 nm is reflected from the hypotenuse face of the spectrum splitting unit 7 and is focused on the site of the photodetector.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2218585 C1, публикация 2003, МПК G02B 9/601. Patent RU No. 2218585 C1, publication 2003, IPC G02B 9/60

2. Патент BY №4083U, публикация 2007, МПК G02B 9/00 - прототип.2. Patent BY No. 4083U, publication 2007, IPC G02B 9/00 - prototype.

Claims

The lens contains the power and correction components installed along the beam, while the power component consists of a positive lens glued from a biconvex and biconcave lenses, a negative two-glued lens and a single positive meniscus facing a concave surface to the image space, the correction component consists of a single negative lens , between the power and correction components installed spectrodividing unit, configured to transmit radiation in spectrally m range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and reflection of radiation with a wavelength of 1064 nm or 1570 nm, characterized in that the negative double-glued lens of the power component contains a biconvex and biconcave lens, a single negative lens of the correction component is biconcave, and the distance between the concave surfaces of a single the positive meniscus of the power component and the biconcave lens of the power component, brought to air, is 0.5 ... 0.54 of the focal length of the lens, correction t is installed with the ability to move along the optical axis, and its optical power in absolute value is 4.4 ... 4.55 of the optical power of the lens, a single positive meniscus of the power component is made of material with a refractive index of not more than 1.5 and an Abbe number of less than 80.