RU212467U1

RU212467U1 - Lens

Info

Publication number: RU212467U1
Application number: RU2022107766U
Authority: RU
Inventors: Наталия Ефимовна Кунделева; Татьяна Георгиевна Шарова; Фёдор Васильевич Кубарко
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2022-07-22

Abstract

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице, в том числе и цветной. Объектив содержит пять компонентов, расположенных на оптической оси, и апертурную диафрагму. Первый и второй компоненты объектива выполнены в виде менисков, обращенных выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент - двусклеенная линза, состоящая из отрицательной и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - двояковыпуклая линза, пятый компонент - мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Первый компонент выполнен отрицательным, а второй и третий компоненты выполнены положительными. Отрицательная линза третьего компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, мениск пятого компонента выполнен отрицательным, апертурная диафрагма совмещена с первой поверхностью второго компонента, отрицательный мениск третьего компонента и отрицательный мениск пятого компонента выполнены из материала, у которого показатель преломления n_e≥1,73 и число Аббе 25≤v_e≤29, а также двояковыпуклая линза третьего компонента выполнена с одинаковыми по абсолютной величине радиусами. Заявляемый объектив обеспечивает увеличение поля зрения при повышении качества изображений во всем поле зрения, уменьшение дисторсии для края поля зрения и увеличение спектрального интервала ахроматизации объектива. 4 ил.

The utility model relates to optical instrumentation, namely to lenses and can be used as a lens with image formation on a CCD matrix, including a color one. The lens contains five components located on the optical axis and an aperture diaphragm. The first and second components of the lens are made in the form of menisci with their convex surface facing the object space, the third component is a double-glued lens consisting of negative and biconvex lenses, the fourth component is a biconvex lens, the fifth component is a meniscus with a concave surface facing the image space. The first component is made negative, and the second and third components are made positive. The negative lens of the third component is made in the form of a meniscus with its convex surface facing the space of objects, the meniscus of the fifth component is made negative, the aperture diaphragm is aligned with the first surface of the second component, the negative meniscus of the third component and the negative meniscus of the fifth component are made of a material with a refractive index of n _e ≥1.73 and the Abbe number 25≤v _e ≤29, as well as the biconvex lens of the third component is made with the same absolute value of the radii. The inventive lens provides an increase in the field of view while improving the quality of images in the entire field of view, reducing distortion for the edge of the field of view and increasing the spectral interval of lens achromatization. 4 ill.

Description

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

Известен объектив [1] из пяти последовательно расположенных на оптической оси компонентов, первый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, второй компонент - двояковыпуклая линза, третий компонент - двояковогнутая линза, четвертый компонент - плоско-выпуклая линза, пятый компонент - двояковыпуклая линза. Апертурная диафрагма расположена между вторым и третьими компонентами. Данная конструкция объектива обеспечивает относительное отверстие 1:1.7, угловое поле зрения до 2w=48°. Данная конструкция обеспечивает хорошее качество изображения только для точки на оси, но имеет большую кривизну изображения, а также дисторсию не менее 5% для края поля зрения, что не обеспечивает хорошего качества изображений по всему полю зрения.Known lens [1] of the five sequentially located on the optical axis of the components, the first component is a negative meniscus facing the concave surface to the image space, the second component is a biconvex lens, the third component is a biconcave lens, the fourth component is a plano-convex lens, the fifth component is biconvex lens. The aperture diaphragm is located between the second and third components. This design of the lens provides a relative aperture of 1:1.7, an angular field of view up to 2w=48°. This design provides good image quality only for a point on the axis, but has a large image curvature, as well as distortion of at least 5% for the edge of the field of view, which does not provide good image quality over the entire field of view.

Наиболее близким к предполагаемому объективу является объектив [2], содержащий пять компонентов. Первый компонент выполнен в виде положительного мениска, второй компонент - в виде отрицательного мениска, причем оба мениска обращены вогнутыми поверхностями к пространству изображений, третий компонент выполнен в виде отрицательной двусклеенной линзы, содержащей двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, четвертый компонент - двояковыпуклая линза, пятый компонент - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений. Апертурная диафрагма расположена между вторым и третьим компонентами. Прототип имеет хорошее качество изображений в центре поля зрения и для угла поля зрения не более 2W=20° при фокусном расстоянии объектива 25 мм и относительном отверстии 1:1,5 в спектральном диапазоне (630…900)нм для пространственных частот 60 мм^-1, дисторсия для края поля зрения не превышает 1,5%. Однако при увеличении угла поля зрения свыше 2W=20° данная конструкция не обеспечивает высокого качества изображения по всему полю зрения из-за большой кривизны, что не позволяет использовать матрицы с размером пиксела меньше 5 мкм. Причем, при увеличении поля зрения свыше 30° дисторсия увеличивается до 5%.The closest to the proposed lens is the lens [2], which contains five components. The first component is made in the form of a positive meniscus, the second component is in the form of a negative meniscus, with both menisci facing the image space with their concave surfaces, the third component is made in the form of a negative double-glued lens containing a biconcave and biconvex lens, the fourth component is a biconvex lens, the fifth component is a positive meniscus facing the image space with its concave surface. The aperture diaphragm is located between the second and third components. The prototype has good image quality in the center of the field of view and for a field of view angle of not more than 2W=20° with a lens focal length of 25 mm and a relative aperture of 1:1.5 in the spectral range (630...900) nm for spatial frequencies of 60 mm ^-1 , distortion for the edge of the field of view does not exceed 1.5%. However, with an increase in the field of view angle above 2W=20°, this design does not provide high image quality over the entire field of view due to the large curvature, which does not allow the use of matrices with a pixel size of less than 5 μm. Moreover, with an increase in the field of view above 30°, the distortion increases to 5%.

Задачей полезной модели является увеличение поля зрения при повышении качества изображений во всем поле зрения, уменьшение дисторсии для края поля зрения и увеличение спектрального интервала ахроматизации объектива.The objective of the utility model is to increase the field of view while improving the quality of images in the entire field of view, to reduce distortion for the edge of the field of view and to increase the spectral interval of lens achromatization.

Объектив содержит пять компонентов, расположенных на оптической оси, и апертурную диафрагму, первый и второй компоненты которого выполнены в виде менисков, обращенных выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент - двусклеенная линза, состоящая из отрицательной и двояковыпуклой линз, четвертый компонент - двояковыпуклая линза, пятый компонент - мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, в отличие от прототипа, первый компонент выполнен отрицательным, а второй и третий компоненты выполнены положительными, при этом отрицательная линза третьего компонента выполнена в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, мениск пятого компонента выполнен отрицательным, апертурная диафрагма совмещена с первой поверхностью второго компонента, отрицательный мениск третьего компонента и отрицательный мениск пятого компонента выполнены из материала, у которого показатель преломления n_e≥1,73 и число Аббе 25≤v_e≤29, а также двояковыпуклая линза третьего компонента выполнена с одинаковыми по абсолютной величине радиусами.The lens contains five components located on the optical axis, and an aperture diaphragm, the first and second components of which are made in the form of menisci, facing the space of objects with a convex surface, the third component is a double-glued lens consisting of a negative and a biconvex lens, the fourth component is a biconvex lens, the fifth component is a meniscus facing the image space with a concave surface, unlike the prototype, the first component is made negative, and the second and third components are made positive, while the negative lens of the third component is made in the form of a meniscus facing the convex surface to the space of objects, the meniscus of the fifth component is made negative, the aperture diaphragm is aligned with the first surface of the second component, the negative meniscus of the third component and the negative meniscus of the fifth component are made of a material with a refractive index n _e ≥1.73 and an Abbe number of _25≤ve ≤29, as well as two the convex lens of the third component is made with the same radii in absolute value.

Выбор отрицательного знака оптической силы первого и пятого компонентов в отличие от положительного, у прототипа позволил увеличить угол поля зрения. Выбор знаков оптических сил второго и третьего компонентов, выполнение отрицательной линзы третьего компонента в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, позволили улучшить качество изображения на краю поля зрения путем уменьшения кривизны поля и уменьшить дисторсию до величины не более 0,4% по всему полю зрения. Выполнение отрицательного мениска третьего компонента и отрицательного мениска пятого компонента из материала, у которого показатель преломления n_e≥1,73 и число Аббе 25≤v_e≤29, позволило уменьшить величину хроматизма положения, тем самым повысить качество изображений по всему полю зрения и расширить спектральный интервал ахроматизации объектива. Выполнение двояковыпуклой линзы третьего компонента с одинаковыми по абсолютной величине радиусами повышает технологичность конструкции объектива. Совмещение апертурной диафрагмы с первой поверхностью второго компонента уменьшает вынос входного зрачка, тем самым уменьшая диаметр первого компонента.The choice of the negative sign of the optical power of the first and fifth components, in contrast to the positive one, in the prototype made it possible to increase the angle of the field of view. The choice of signs of the optical powers of the second and third components, the implementation of the negative lens of the third component in the form of a meniscus, facing the space of objects with a convex surface, made it possible to improve the image quality at the edge of the field of view by reducing the curvature of the field and reduce the distortion to a value of no more than 0.4% throughout field of view. The implementation of the negative meniscus of the third component and the negative meniscus of the fifth component from a material with a refractive index n _e ≥1.73 and an Abbe number of 25 ≤ v _e ≤ 29 made it possible to reduce the position chromatism, thereby improving the quality of images over the entire field of view and expanding spectral interval of lens achromatization. The implementation of a biconvex lens of the third component with the same absolute value of the radii increases the manufacturability of the design of the lens. Aligning the aperture diaphragm with the first surface of the second component reduces the eye relief, thereby reducing the diameter of the first component.

По предлагаемой схеме было рассчитано два объектива с одинаковыми техническими характеристиками, но ахроматизованных для разных областей спектра: (410…650)нм и (590…900)нм, что позволяет использовать как цветную, так и монохромную матрицы. Для объектива, ахроматизованного для области спектра (410…650)нм, полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=72,5 мм^-1 для точки на оси не менее 0,75, для поля зрения 2W=32° не менее 0,55. Для объектива, ахроматизованного для области спектра (590…900)нм, полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=72,5 мм^-1 для точки на оси не менее 0,75, для поля зрения 2W=32° не менее 0,58, полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=145 мм^-1 для точки на оси не менее 0,54, для поля зрения 2W=32° не менее 0,25.According to the proposed scheme, two objectives were calculated with the same technical characteristics, but achromatized for different spectral regions: (410…650) nm and (590…900) nm, which allows using both color and monochrome matrices. For a lens achromatized for the spectral region (410 ... 650) nm, polychromatic modulation transfer coefficients (T) for spatial frequency N=72.5 mm ^-1 for a point on the axis of at least 0.75, for a field of view of 2W=32° not less than 0.55. For a lens achromatized for the spectral region (590 ... 900) nm, polychromatic modulation transfer coefficients (T) for spatial frequency N=72.5 mm ^-1 for a point on the axis of at least 0.75, for a field of view of 2W=32° not less than 0.58, polychromatic modulation transfer coefficients (T) for spatial frequency N=145 mm ^-1 for a point on the axis not less than 0.54, for a field of view 2W=32° not less than 0.25.

Дисторсия не превышает 0,4% для поля зрения 2W=32° для обоих объективов.Distortion does not exceed 0.4% for a field of view of 2W=32° for both lenses.

На фиг. 1 изображена оптическая схема объектива.In FIG. 1 shows the optical layout of the lens.

На фиг. 2 приведен график относительной дисторсии для объектива, ахроматизованного в области спектра (410…650)нм и для объектива, ахроматизованного в области спектра (590…900)нм.In FIG. Figure 2 shows a graph of relative distortion for a lens achromatized in the spectral region (410…650) nm and for a lens achromatized in the spectral region (590…900) nm.

На фиг. 3 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси и для поля зрения 2W=32° для объектива, ахроматизованного в области спектра (410…650)нм.In FIG. Figure 3 shows graphs of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (Т) for a point on the axis and for a field of view of 2W=32° for a lens achromatized in the spectral region (410…650) nm.

На фиг. 4 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси и для поля зрения 2W=32° для объектива, ахроматизованного в области спектра (590…900)нм.In FIG. Figure 4 shows graphs of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for a point on the axis and for a field of view of 2W=32° for a lens achromatized in the spectral region (590…900) nm.

Объектив (фиг. 1) состоит из установленных по ходу луча пяти компонентов и апертурной диафрагмы. Первый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 1, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде положительного мениска 2, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, состоящей из отрицательного мениска 3, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, и двояковыпуклой линзы 4, четвертый компонент - двояковыпуклая линза 5, пятый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 6, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений. Апертурная диафрагма совмещена с первой поверхностью второго компонента. Мениск 3 и мениск 6 выполнены из оптического материала, для которого выполнено условие: показатель преломления n_e≥1,73, число Аббе 25≤v_e≤29. Радиусы кривизны двояковыпуклой линзы 4 третьего компонента равны по абсолютной величине. Объектив рассчитан со светофильтром 7, выделяющим рабочую область спектра. Технические характеристики объективов приведены в таблице.The lens (Fig. 1) consists of five components installed along the beam and an aperture diaphragm. The first component is made in the form of a negative meniscus 1, with its convex surface facing the space of objects, the second component is made in the form of a positive meniscus 2, with its convex surface facing the space of objects, the third component is made in the form of a positive double-glued lens, consisting of a negative meniscus 3, facing with a convex surface to the space of objects, and a biconvex lens 4, the fourth component is a biconvex lens 5, the fifth component is made in the form of a negative meniscus 6, facing the concave surface to the image space. The aperture diaphragm is aligned with the first surface of the second component. Meniscus 3 and meniscus 6 are made of optical material, for which the following condition is met: refractive index n _e ≥1.73, Abbe number 25≤v _e ≤29. The radii of curvature of the biconvex lens 4 of the third component are equal in absolute value. The lens is designed with filter 7, which highlights the working region of the spectrum. Specifications of lenses are given in the table.

Графики относительной дисторсии, приведенные на фиг. 2, подтверждают, что дисторсия не превышает 0,4% для края поля зрения.The relative distortion plots shown in Fig. 2 confirm that the distortion does not exceed 0.4% for the edge of the field of view.

Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 3 для объектива, ахроматизованного в спектральном диапазоне (410…650)нм показывают хорошее качество изображения для пространственных частот не менее 80 мм^-1 по всему полю зрения. Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 4 для объектива, ахроматизованного в спектральном диапазоне (590…900)нм, показывают хорошее качество изображения для пространственных частот не менее 145 мм^-1 по всему полю зрения, что позволяет получить хорошее изображение как на цветной, так и на монохромной матрице с размером пиксела 3,45 мкм.The plots of the polychromatic frequency-contrast response for a point on the axis and for the edge of the field of view shown in FIG. 3 for a lens achromatized in the spectral range (410…650) nm show good image quality for spatial frequencies of at least 80 mm ^-1 over the entire field of view. The plots of the polychromatic frequency-contrast response for a point on the axis and for the edge of the field of view shown in FIG. 4 for a lens achromatized in the spectral range (590…900) nm show good image quality for spatial frequencies of at least 145 mm ^-1 over the entire field of view, which makes it possible to obtain a good image both on a color and monochrome matrix with a pixel size 3.45 µm.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=40°, преломившись через поверхности линз 1-6, проходит через светофильтр 7, и фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.The lens works as follows: a parallel beam of light with a field of view angle of 2W=40°, refracted through the surfaces of the lenses 1-6, passes through the light filter 7, and is focused in the image plane where the CCD matrix is located.

Источники информацииSources of information

1. RU №2154292 С2 (Открытое акционерное общество «Красногорский завод им. С.А. Зверева»), 10.08. 2000, весь документ.1. RU No. 2154292 C2 (Open Joint Stock Company Krasnogorsk Plant named after S.A. Zverev), 10.08. 2000, entire document.

2. Патент №2726280 С1 (Публичное акционерное общество «Красногорский завод им. С.А. Зверева»), 10.07. 2020, весь документ - прототип.2. Patent No. 2726280 C1 (Public Joint Stock Company Krasnogorsk Plant named after S.A. Zverev), 10.07. 2020, the entire document is a prototype.

Claims

A lens containing five components located on the optical axis and an aperture diaphragm, the first and second components of which are made in the form of menisci, facing the object space with a convex surface, the third component is a double-glued lens consisting of a negative and a biconvex lens, the fourth component is a biconvex lens , the fifth component is a meniscus, the concave surface facing the image space, characterized in that the first component is made negative, and the second and third components are made positive, while the negative lens of the third component is made in the form of a meniscus, the convex surface facing the space of objects, the meniscus of the fifth component is made negative, the aperture diaphragm is aligned with the first surface of the second component, the negative meniscus of the third component and the negative meniscus of the fifth component are made of a material with a refractive index n _e ≥1.73 and an Abbe number of _25≤ve ≤29, as well as two the co-convex lens of the third component is made with the same radii in absolute value.