RU169945U1

RU169945U1 - Fast lens

Info

Publication number: RU169945U1
Application number: RU2016127744U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Волков; Николай Анатольевич Грязнов; Иван Александрович Ковалев; Евгений Николаевич Соснов
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2017-04-07

Abstract

Полезная модель относится к системам формирования изображения. Светосильный объектив cодержит апертурную диафрагму и семь компонентов. Первый и второй из которых - положительные мениски, обращенные выпуклыми поверхностями к предмету, третий компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, четвертый компонент представляет собой положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к изображению, пятый и шестой компоненты являются положительными менисками, обращенными выпуклыми поверхностями к предмету, седьмой компонент представляет собой отрицательную склеенную линзу, состоящую из положительного и отрицательного менисков. При этом для объектива выполняются следующие условия: 5,5<ϕ(1-3)/ϕ(4-7)<8,5; 1,63<n(2, 5, 6, 7-1)<1,67; 49<ν(2, 5, 6, 7-1)<53; где ϕ(1-3) - оптическая сила группы компонентов с первого по третий, ϕ(4-7) - оптическая сила группы компонентов с четвертого по седьмой, n(2, 5, 6, 7-1) - показатели преломления материалов второго, пятого, шестого и положительного мениска седьмого компонентов соответственно, ν(2, 5, 6, 7-1) - коэффициенты дисперсии материалов второго, пятого, шестого и положительного мениска седьмого компонентов соответственно. Технический результат заключается в улучшении разрешающей способности и упрощении конструкции объектива. 1 табл., 5 ил.The utility model relates to imaging systems. A fast lens contains an aperture diaphragm and seven components. The first and second of which are positive menisci facing convex surfaces to the object, the third component is a biconcave lens, the fourth component is a positive meniscus facing convex to the image, the fifth and sixth components are positive menisci facing convex to the object, the seventh component is a negative bonded lens, consisting of positive and negative menisci. In this case, the following conditions are fulfilled for the lens: 5.5 <ϕ (1-3) / ϕ (4-7) <8.5; 1.63 <n (2, 5, 6, 7-1) <1.67; 49 <ν (2, 5, 6, 7-1) <53; where ϕ (1-3) is the optical power of the group of components from the first to the third, ϕ (4-7) is the optical power of the group of components from the fourth to the seventh, n (2, 5, 6, 7-1) are the refractive indices of the materials of the second , fifth, sixth and positive meniscus of the seventh component, respectively, ν (2, 5, 6, 7-1) are the dispersion coefficients of the materials of the second, fifth, sixth and positive meniscus of the seventh component, respectively. The technical result consists in improving the resolution and simplifying the design of the lens. 1 tablet, 5 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к системам формирования изображения, и может использоваться как объектив видеокамеры совместно с различными приемниками изображения, в том числе ПЗС и КМОП матрицами.The proposed utility model relates to optical instrumentation, namely to imaging systems, and can be used as a camera lens in conjunction with various image receivers, including CCD and CMOS sensors.

Известен светосильный объектив (пат. № 2445659, Российская Федерация, МПК G02B 9/64, заявка 2010154179/28, 30.12.2010; опубл. 20.03.2012), содержащий семь компонентов и апертурную диафрагму, расположенную между третьим и четвертым компонентами. Первый компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, радиус кривизны первой поверхности которого по модулю меньше радиуса кривизны второй поверхности. Второй - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету и склеенный из двух положительных менисков. Третий - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Четвертый компонент склеен из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Пятый - одиночная двояковыпуклая линза. Шестой - склеен из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету. Седьмой компонент - одиночный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению.Known fast lens (US Pat. No. 2445659, Russian Federation, IPC G02B 9/64, application 2010154179/28, 12/30/2010; publ. March 20, 2012) containing seven components and an aperture diaphragm located between the third and fourth components. The first component is a single positive meniscus facing concavity to an object whose radius of curvature of the first surface is less than the radius of curvature of the second surface. The second is a positive meniscus, convex to the object and glued from two positive menisci. The third is a single negative meniscus convex to the subject. The fourth component is glued from a biconcave and biconvex lens. The fifth is a single biconvex lens. Sixth - glued from a biconvex lens and a negative meniscus, facing concavity to the subject. The seventh component is a single negative meniscus convex to the image.

Данная схема, включающая десять отдельных линз в семи компонентах, отличается большой технической сложностью при рабочем относительном отверстии 1:1,5.This scheme, which includes ten separate lenses in seven components, is characterized by great technical complexity with a working relative aperture of 1: 1.5.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является светосильный объектив (пат. № 2308063, Российская Федерация, МПК G02B 9/64, заявка: 2006110674/28, 03.04.2006; опубл. 10.10.2007), содержащий восемь компонентов и апертурную диафрагму, расположенную между вторым и третьим компонентами. Первый и второй компоненты - положительные мениски, обращенные выпуклыми поверхностями к пространству изображений, третий компонент - отрицательная склеенная линза, состоящая из двояковогнутой линзы и положительного мениска, четвертый и пятый компоненты - двояковыпуклые линзы, шестой компонент - положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, седьмой компонент - двояковогнутая линза и восьмой компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов. Толщина второго компонента составляет не менее 0,15 фокусного расстояния объектива, расстояние между вторым и третьим компонентами составляет не менее 0,25 фокусного расстояния объектива, а оптическая сила восьмого компонента составляет не менее 0,3 оптической силы объектива. Недостатком прототипа является невысокая разрешающая способность объектива при достаточно сложной конструкции, включающей девять отдельных линз. В частности, на пространственной частоте 80 мм^-1 у данного объектива коэффициенты передачи контраста составляют 0,51 и 0,23 для точек на оси и на краю поля зрения соответственно. Дисторсия у прототипа достигает 0,66% для углового поля 2W=16°.Closest to the proposed utility model is a fast lens (US Pat. No. 2308063, Russian Federation, IPC G02B 9/64, application: 2006110674/28, 04.03.2006; publ. 10.10.2007), containing eight components and an aperture diaphragm located between second and third components. The first and second components are positive menisci facing convex surfaces to the space of images, the third component is a negative glued lens consisting of a biconcave lens and a positive meniscus, the fourth and fifth components are biconvex lenses, the sixth component is a positive meniscus with a convex surface facing the space of objects , the seventh component is a biconcave lens, and the eighth component is made in the form of a positive meniscus with a convex surface facing the space of objects. The thickness of the second component is at least 0.15 of the focal length of the lens, the distance between the second and third components is at least 0.25 of the focal length of the lens, and the optical power of the eighth component is at least 0.3 of the optical power of the lens. The disadvantage of the prototype is the low resolution of the lens with a rather complex design, including nine separate lenses. In particular, at a spatial frequency of 80 mm ^-1 , this lens has contrast transmission coefficients of 0.51 and 0.23 for points on the axis and on the edge of the field of view, respectively. The distortion of the prototype reaches 0.66% for an angular field of 2W = 16 °.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является улучшение разрешающей способности объектива по всему полю зрения при уменьшении остаточной дисторсии до значений менее 0,2% на краю углового поля 2W=16°, а также упрощение конструкции.The problem to which the proposed utility model is aimed is to improve the resolution of the lens over the entire field of view while reducing the residual distortion to values less than 0.2% at the edge of the angular field 2W = 16 °, as well as simplifying the design.

Для решения поставленной задачи предложена схема объектива, содержащая семь компонентов и апертурную диафрагму, первый и второй компоненты которого - положительные мениски, обращенные выпуклыми поверхностями к предмету, третий компонент - отрицательный, четвертый и пятый компоненты - положительные, шестой компонент - положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к пространству предметов, седьмой компонент - отрицательный. Предлагаемый объектив отличается от прототипа тем, что третий компонент представляет собой одиночную двояковогнутую линзу, четвертый компонент выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к изображению, пятый компонент выполнен в виде положительного мениска обращенного выпуклой поверхностью к предмету, седьмой компонент представляет собой отрицательную склеенную линзу, состоящую из положительного и отрицательного менисков. Кроме того, в предлагаемом объективе в отличие от прототипа отсутствует восьмой компонент, а апертурная диафрагма размещена между третьим и четвертым компонентами. При этом для объектива выполняются следующие условия:To solve this problem, a lens circuit is proposed containing seven components and an aperture diaphragm, the first and second components of which are positive menisci facing convex surfaces to the object, the third component is negative, the fourth and fifth components are positive, and the sixth component is a positive meniscus facing convex surface to the space of objects, the seventh component is negative. The proposed lens differs from the prototype in that the third component is a single biconcave lens, the fourth component is made in the form of a positive meniscus with a convex surface facing the image, the fifth component is made in the form of a positive meniscus with a convex surface facing the object, and the seventh component is a negative glued lens consisting of positive and negative menisci. In addition, in the proposed lens, unlike the prototype, the eighth component is missing, and the aperture diaphragm is located between the third and fourth components. In this case, the following conditions are fulfilled for the lens:

5,5<ϕ(1-3)/ϕ(4-7)<8,55.5 <ϕ (1-3) / ϕ (4-7) <8.5

1,63<n(2, 5, 6, 7-1)<1,671.63 <n (2, 5, 6, 7-1) <1.67

49<ν(2, 5, 6, 7-1)<5349 <ν (2, 5, 6, 7-1) <53

где ϕ(1-3) - оптическая сила группы компонентов с первого по третий, ϕ(4-7) - оптическая сила группы компонентов с четвертого по седьмой, n(2, 5, 6, 7-1) - показатели преломления материалов второго, пятого, шестого и положительного мениска седьмого компонентов соответственно, ν(2, 5, 6, 7-1) - коэффициенты дисперсии материалов второго, пятого, шестого и положительного мениска седьмого компонентов соответственно.where ϕ (1-3) is the optical power of the group of components from the first to the third, ϕ (4-7) is the optical power of the group of components from the fourth to the seventh, n (2, 5, 6, 7-1) are the refractive indices of the materials of the second , fifth, sixth and positive meniscus of the seventh component, respectively, ν (2, 5, 6, 7-1) are the dispersion coefficients of the materials of the second, fifth, sixth and positive meniscus of the seventh component, respectively.

Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что форма, расположение и состав первых трех компонентов способствуют исправлению дисторсии, группа, образованная четвертым, пятым, шестым и седьмым компонентами, оптическая сила которой пропорционально связана с оптической силой группы первого, второго и третьего компонентов, работает эффективным корректором аберраций широких наклонных пучков лучей, конструкция седьмого компонента, выполненного в виде склеенной линзы, обращенной вогнутой стороной к изображению, позволяет исправить остаточную кривизну поля и астигматизм, а выбранные материалы линз второго, пятого и шестого компонентов, а также положительной линзы седьмого склеенного компонента, обеспечивают коррекцию хроматизма увеличения во всем рабочем спектральном диапазоне объектива. При этом общее количество отдельных линз уменьшилось по сравнению с прототипом до восьми.The essence of the proposed utility model is that the shape, arrangement and composition of the first three components contribute to the correction of distortion, the group formed by the fourth, fifth, sixth and seventh components, the optical power of which is proportionally related to the optical power of the group of the first, second and third components, works effective corrector for aberrations of wide inclined beams of rays, the design of the seventh component, made in the form of a glued lens facing the concave side to the image, allows you to fix s residual field curvature and astigmatism, and materials selected second lens, the fifth and sixth components and the seventh cemented positive lens component provide increasing correction of chromaticity over the entire operating range of the spectral lens. In this case, the total number of individual lenses decreased compared to the prototype to eight.

Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется Приложением, где представлены результаты расчета конкретного варианта объектива, имеющего следующие основные характеристики: фокусное расстояние f'=80 мм, угловое поле в пространстве предметов 2W=16°, относительное отверстие 1:1,3, рабочий спектральный диапазон Δλ=(680-820) нм, основная длина волны 766 нм. Дисторсия данного объектива для углового поля 2W=16° составляет 0,19%, а значение полихроматических коэффициентов передачи контраста для частоты N=80 мм^-1 в точке на оси до 0,74 и в точке на краю линейного поля изображений - до 0,62.The essence of the proposed utility model is illustrated by the Appendix, where the results of calculating a specific lens variant having the following main characteristics are presented: focal length f '= 80 mm, angular field in the space of objects 2W = 16 °, relative aperture 1: 1.3, working spectral range Δλ = (680-820) nm, the main wavelength is 766 nm. The distortion of this lens for an angular field of 2W = 16 ° is 0.19%, and the value of polychromatic transmission coefficients of contrast for a frequency of N = 80 mm ^-1 at a point on the axis up to 0.74 and at a point on the edge of the linear field of images is up to 0, 62.

Таким образом, техническим результатом является улучшение разрешающей способности объектива и уменьшение остаточной дисторсии, а также упрощение конструкции объектива за счет уменьшения числа линз.Thus, the technical result is to improve the resolution of the lens and reduce residual distortion, as well as simplifying the design of the lens by reducing the number of lenses.

В табл.1 приведены конструктивные параметры объектива. На фиг. 1 представлена оптическая схема светосильного объектива. На фиг. 2 приведен график относительной дисторсии объектива. На фиг. 3 приведены кривые сферической аберрации. На фиг. 4 приведены кривые аберраций широкого наклонного пучка для крайней точки поля в меридиональном и сагиттальном сечении. На фиг. 5 приведены графики частотно-контрастных характеристик (ЧКХ) для точек на оси и на краю поля зрения.Table 1 shows the design parameters of the lens. In FIG. 1 shows an optical scheme of a fast lens. In FIG. Figure 2 shows a graph of the relative distortion of the lens. In FIG. 3 shows the curves of spherical aberration. In FIG. Figure 4 shows the aberration curves of a wide inclined beam for the extreme point of the field in the meridional and sagittal sections. In FIG. Figure 5 shows the graphs of the frequency-contrast characteristics (FM) for points on the axis and on the edge of the field of view.

Объектив (фиг. 1) содержит семь компонентов, первый 1 и второй 2 из которых - положительные мениски, обращенные выпуклыми поверхностями к предмету, третий компонент 3 выполнен в виде двояковогнутой линзы, четвертый компонент 5 представляет собой положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к изображению, пятый 6 и шестой 7 компоненты являются положительными менисками, обращенными выпуклыми поверхностями к предмету, седьмой компонент 8 представляет собой отрицательную склеенную линзу, состоящую из положительного и отрицательного менисков. Апертурная диафрагма 9 размещена между третьим и четвертым компонентами. Предложенная схема также предусматривает возможность включения в нее светофильтра 4.The lens (Fig. 1) contains seven components, the first 1 and second 2 of which are positive menisci facing convex surfaces to the object, the third component 3 is made in the form of a biconcave lens, the fourth component 5 is a positive meniscus facing the convex surface to the image, the fifth 6th and sixth 7th components are positive menisci with convex surfaces facing the object, the seventh component 8 is a negative bonded lens, consisting of positive and negative eniskov. Aperture diaphragm 9 is located between the third and fourth components. The proposed scheme also provides for the possibility of incorporating a light filter 4 into it.

Светосильный объектив работает следующим образом: световой поток исходя от находящегося на бесконечности предмета падает на входной зрачок объектива в пределах углового поля 2W=16° и, проходя через все компоненты, формирует изображение в фокальной плоскости.A fast lens works as follows: the light flux from an object located at infinity falls on the entrance pupil of the lens within an angular field of 2W = 16 ° and, passing through all components, forms an image in the focal plane.

Таким образом, характеристики предлагаемого объектива позволяют использовать его в высокоточных измерительных видеосистемах, где предъявляются особо жесткие требования к уровню коррекции дисторсии и разрешающей способности объектива.Thus, the characteristics of the proposed lens allow it to be used in high-precision measuring video systems, where particularly stringent requirements are imposed on the level of distortion correction and resolution of the lens.

Claims

A fast lens containing seven components and an aperture diaphragm, the first and second components of which are positive menisci facing convex surfaces to the object, the third component is negative, the fourth and fifth components are positive, the sixth component is positive meniscus facing the convex surface of the object, seventh component - negative, characterized in that the third component is a single biconcave lens, the fourth component is made in the form of a positive meniscus, reversed nnogo convex surface to the image, the fifth component is a positive meniscus convex surface facing to the object, a seventh component is glued negative lens consisting of a positive and negative menisci, with following conditions for the lens:

5.5 <ϕ (1-3) / ϕ (4-7) <8.5

1.63 <n (2, 5, 6, 7-1) <1.67

49 <ν (2, 5, 6, 7-1) <53,

where ϕ (1-3) is the optical power of the group of components from first to third, ϕ (4-7) is the optical power of the group of components from fourth to seventh,

n (2, 5, 6, 7-1) are the refractive indices of the materials of the second, fifth, sixth and positive meniscus of the seventh component, respectively,

ν (2, 5, 6, 7-1) are the dispersion coefficients of the materials of the second, fifth, sixth and positive meniscus of the seventh component, respectively.