SU1760502A1

SU1760502A1 - Fast lens

Info

Publication number: SU1760502A1
Application number: SU904856164A
Authority: SU
Inventors: Ирина Эриковна Комарова; Леонид Федорович Порфирьев; Валентин Игнатьевич Соломатов
Original assignee: Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 1992-09-07

Abstract

Использование: изобретение относитс к оптическому приборостроению, а более точно к светосильным объективам, используемым в системах контрол положени объектов в пространстве. Сущность изобретени : объектив содержит две линзовые группы, перва из которых включает отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету и склеенный из менисков с разной по знаку оптической силой, дво ковыпуклую линзу и одиночный положительный мениск обращенный вогнутостью к изображению, а втора - отрицательную линзу в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению, после которого ус- тановлены положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, и дво ковогнута линза, 2 ил.Usage: the invention relates to optical instrument making, and more precisely to high-aperture lenses used in systems for monitoring the position of objects in space. SUMMARY OF THE INVENTION: A lens contains two lens groups, the first of which includes a negative meniscus facing the object with concavity and glued from the meniscus with optical power of different sign, a two-convex lens and a single positive meniscus facing the image with a concavity, and the second is a negative lens in the form the meniscus facing the concavity towards the image, after which a positive meniscus facing the convexity of the object is installed, and the lens is bent-curved, 2 Il.

Description

Изобретение относитс к оптическому приборостроению, а более точно светосильным объективам, используемым в системах контрол положени объектов в пространстве .The invention relates to optical instrument making, and more precisely to high-aperture lenses used in systems for monitoring the position of objects in space.

Известен объектив, содержащий близ- фокальный рассеивающий мениск, обращенный выпуклой стороной к изображению, перед которым установлены четыре компонента, первый из которых представл ет собой ориентированный вогнутостью к предмету рассеивающий мениск , второй и четвертый -дво ковыпуклые линз ы, третий -дво ковогнутую линзу.A known lens containing a near-focal scattering meniscus with a convex side facing the image, in front of which four components are installed, the first of which is a scattering meniscus oriented towards the object, the second and fourth two-convex lenses, the third two-curved lens.

К недостаткам системы можно отнести невысокую светосилу (,25) и небольшой угол пол зрени (2 ш 4°).The disadvantages of the system include a low luminosity (, 25) and a small field of view angle (2 ° 4 °).

Известна система светосильного объектива , содержащего две линзовые группы:A known system of high-aperture lens, containing two lens groups:

близфокальную, представленную положительным по оптической силе компонентом, и переднюю, выполнение которой возможно осуществить в нескольких вариантах. Наиболее близким техническим решением вл етс компоновка ее из п ти одиночных элементов, крайние из которых вл ютс рассеивающими, причем первый по ходу луча представл ет собой мениск, обращенный вогнутостью к предмету, а второй - дво ковогнута линза, между которыми установлены дво ковыпукла линза и два собирающих мениска.near-focal, represented by a component with a positive optical power, and a front component, which can be carried out in several variants. The closest technical solution is to arrange it out of five single elements, the outermost of which are scattering, the first along the beam is a meniscus with a concavity facing the object, and the second is a double-curved lens, between which a two-fold lens and two collecting meniscus.

Недостаток схемы: величина относительного отверсти объектива составл ет ,96.The disadvantage of the circuit: the value of the relative aperture of the lens is 96.

Прототипом изобретени вл етс шес- тилинзовый светосильный объектив с вынесенным входным зрачком, состо щий изThe prototype of the invention is a six-lens high-aperture lens with a remote pupil;

XIXi

ОABOUT

о ел о кabout ate about

одиночной близфокальной рассеивающей линзы и головного компонента, выполненного в виде собирающей линзы, перед которой установлены ориентированные выпуклыми сторонами на встречу друг другу два рассеивающих мениска, между которыми заключена одиночна дво ковыпукла линза, а первый по ходу луча мениск склеен из линз с оптическими силами разных знаковa single proximity lens and a head component, made in the form of a collecting lens, in front of which there are two diverging meniscus oriented towards each other with convex sides, between which there is a single two-fold lens, and the first meniscus along the beam is glued with different optical forces from the lenses

Система обладает недостаточно высоким значением величины относительного отверсти (,5).The system does not have a high enough value of the relative aperture (, 5).

Целью изобретени вл етс повышение светосилы при сохранении качества аберрационной коррекции системы.The aim of the invention is to increase the aperture ratio while maintaining the quality of the aberration correction system.

Поставленна цель достигаетс тем, что объектив содержит два компонента, первый из которых включает в себ отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предме- ту и склеенный из менисков с разной по знаку оптической силой, дво ковыпуклую линзу и одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, а второй - отрицательную линзу в виде мени- ска, обращенного вогнутостью к изображению , после которого установлены положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету и дво ковогнута линза.The goal is achieved by the fact that the lens contains two components, the first of which includes a negative meniscus facing the object with a concavity and glued together from the meniscus with a different optical power, a two-convex lens and a single positive meniscus facing with a concavity towards the image, and the second is a negative lens in the form of a meniscus, facing in concavity to the image, after which a positive meniscus, convexity to the object and a double bent lens are installed.

Признаки, отличающие за вленное решение от прототипа, характеризуют собой выполнение отдельных элементов оптической схемы, котора составлена с учетом хода лучей через преломл ющие поверхно- сти, обладающие известными свойствами, что гарантирует требуемое взаимодействие (коррекционное и силовое) отдельных элементов не только внутри каждого блока, но и управл емую взаимосв зь между компо- нентами различных линзовых групп.Signs that distinguish the claimed solution from the prototype characterize the performance of individual elements of the optical circuit, which is composed taking into account the course of the rays through the refractive surfaces, which have known properties, which guarantees the required interaction (corrective and force) of individual elements not only within each block but also a controlled relationship between the components of different lens groups.

Предлагаемый объектив дл удобства анализа его работы условно может быть разделен на две части: перва включает близз- рачковую, втора - близфокальную линзовую группы. В первой группе наиболее сильно сказываютс искажени изображени предмета по осевому пучку лучей, в частности дл точки на оси. Доминирующим вли нием второй по ходу луча линзовой группы вл етс оказание воздействи на полевые аберрации системы. Однако функциональное разграничение не вл етс абсолютным . Обусловлено это обсто тельство тем, что объектив, име высокие внешние характеристики по развитию светосилы и пол зрени , обладает большим удалением плоскости изображени от последней поверхности . Тем самым нарушаетс возможность использовать параметры заднейThe proposed lens for the convenience of analyzing its operation can be divided into two parts: the first includes a near-lens, the second includes a near-focus lens group. In the first group, the distortion of the image of an object along an axial beam of rays, in particular for a point on the axis, is most pronounced. The dominant influence of the second along the beam of the lens group is the impact on the field aberrations of the system. However, the functional delineation is not absolute. This is due to the fact that the lens, having high external characteristics for the development of luminosity and field of view, has a large distance of the image plane from the latter surface. Thereby, the ability to use rear parameters is violated.

линзовой группы аналогично линзе Смита и быть пассивной к развитию апертуры, как прин то при компоновке большинства известных светосильных объективов средних угловых полей с вынесенным за первую поверхность зрачком входа.the lens group is similar to the Smith lens and be passive to the development of the aperture, as is the case when composing most of the known high-aperture lenses of the average angular fields with the pupil of the entrance beyond the first surface.

Все элементы указанной схемы синтеза тесно взаимосв заны в данном конкретном случае и представл ют собой сочетание, один вли ет на роль и значение другого, и только такое сочетание обеспечивает достижение цели изобретени . Таким образом, схема решает общую задачу, направленную на достижение одного общего положительного эффекта, и ее решение возможно лишь при совместном действии всех элементов схемы.All elements of this synthesis scheme are closely interrelated in this particular case and are a combination, one influences the role and value of the other, and only such a combination ensures the achievement of the objective of the invention. Thus, the scheme solves a common task aimed at achieving one common positive effect, and its solution is possible only with the joint action of all the elements of the scheme.

Исключение одного из признаков приводит к нарушению возможности выполнени , следовательно, не сумма эффектов от каждого элемента в отдельности, а функциональное сочетание порознь известных признаков обеспечивает присущий только этому сочетанию положительный эффект.The exclusion of one of the signs leads to a violation of the possibility of fulfillment, therefore, not the sum of the effects of each element separately, but the functional combination of separately known signs provides a positive effect inherent only in this combination.

Переход к рассмотрению поэлементного состава составл ющих объектив компонентов , следует отметить характерные структурные особенности. Передн линзова группа имеет три составл ющих, причем использование тонких положительных линз и собирающих менисков в различных сочетани х известно было ранее дл коррекции сферической аберрации при форсировании апертуры, а при установке в зрачке - и комы последующей системы. Рассеивающие мениски , обращенные вогнутой стороной к пространству изображений, и установленный в качестве, колпака перед основной головной частью объектива, служат дл развити угла пол зрени и имеют существенное1 удаление от первого компонента основного объектива, вл сь, как правило, отрицательным элементом перевернутой зрительной трубы Галлиле .The transition to the consideration of the element-wise composition of the components of the lens components should be noted characteristic structural features. The anterior lens group has three components, and the use of thin positive lenses and collecting menisci in various combinations was previously known for correcting spherical aberration when forcing the aperture, and when installed in the pupil, for a coma of the subsequent system. The scattering menisci, facing the concave side of the image space, and installed as a cap in front of the main lens head, serve to develop the field of view and have a significant distance from the first component of the main lens, which is usually a negative element of the inverted Galliele telescope .

Предлагаемый суперсветосильный объектив представл ет собой новое техническое решение, заключающеес в такой комбинации оптических элементов объектива , котора не ставит целью вы вить новые свойства каждого из них, а позвол ет про вить их совокупное качество. Зто обсто тельство относитс и к передней линзовой группе, компоновка которой должна удовлетвор ть условию исправлени сферической аберрации и комы при форсировании апертуры системы и предусматривать установку перед одиночными дво ковыпуклой линзой и собирающим мениском рассеивающего мениска обратной ориентировки по отношению к пространству предметов. Выполнение его в виде склейки из собирающего и рассеивающего менисков в сочетании кронфлинт с существенной разницей в показател х преломлени способствует исправлению астигматической разности, котора резко нарастает при исправлении кривизны пол и дисторсии системы за счет параметров близфокальной линзовой группы . Компоновка этой линзовой группы также вл етс оригинальной за счет введени перед отрицательной последней линзой объектива рассеивающего и собирающего менисков, обращенных вогнутост ми к изображению .The proposed super-fast lens is a new technical solution, consisting in such a combination of optical elements of the lens, which does not aim at revealing new properties of each of them, but allows us to develop their combined quality. This also applies to the anterior lens group, the layout of which must satisfy the condition for correcting spherical aberration and coma when forcing the system aperture and provide for installation in front of a single two-convex lens and a collecting meniscus of the divergent meniscus of reverse orientation with respect to the space of objects. Performing it in the form of gluing from a collecting and scattering meniscus in combination with a crownflint with a significant difference in refractive indices helps to correct the astigmatic difference, which increases dramatically when correcting the curvature of the field and distortion of the system due to the parameters of the near-focus lens group. The layout of this lens group is also original due to the introduction of a scattering and collecting meniscus facing the image in front of the negative negative lens of the last lens.

На фиг. 1 дан пример конкретной pea- лизации принципиальной оптической схемы объектива; на фиг. 2 - графики остаточных аберраций объектива.FIG. 1 shows an example of a specific implementation of the principal optical scheme of the lens; in fig. 2 - graphics residual aberrations of the lens.

Предлагаемый объектив содержит две линзовые группы: Li и LZ. Группа линз Ц выполнена в виде двух менисков, выпуклыми сторонами обращенных к одиночной дво ковыпуклой линзе 1, заключенной между ними, причем первый по ходу луча мениск имеет отрицательную оптическую силу и склеен из собирающего 2 и рассеивающего 3 менисков, второй одиночный мениск 4 положительной оптической силы. Линзова группа L.2 содержит рассеивающий 5 и собирающий 6 одиночные мениски, вогнутост - ми обращенные к пространству изображений, и дво ковогнутую линзу 7.The proposed lens contains two lens groups: Li and LZ. The lens group C is made in the form of two meniscuses with convex sides facing a single two-convex lens 1 sandwiched between them, the first meniscus along the beam has a negative optical power and is glued together from the collecting 2 and scattering 3 menisci, the second single meniscus 4 positive optical power . Lens group L.2 contains a diffusing 5 and a collecting 6 single menisci, a concavity facing the image space, and a double convex lens 7.

В цел х обеспечени заданных внешних параметров системы и ее качественных показателей предусматриваетс при расче- тах соблюдение определенных соотношений между оптическими силами отдельных компонентов. В соответствии с прин тыми цифровыми обозначени ми оптических компонентов схемы объектива на фиг. 1 можно записать :In order to ensure the specified external parameters of the system and its quality indicators, it is provided for in the calculations that certain ratios between the optical powers of the individual components are maintained. In accordance with the accepted digital symbols of the optical components of the lens circuit in FIG. 1 can be written:

2,з 4 fб 1 .2, s 4 fb 1.

fi -f5 f7 fi -f5 f7

f AfWif sf1.f AfWif sf1.

Представленна схема объектива работает следующим образом. В соответствии с законами преломлени световых лучей на выпуклых и вогнутых поверхност х раздела оптических сред с различными показател - ми преломлени , происходит преобразование светового потока при прохождении им каждого элемента схемы, параллельный пучок преобразуетс в гомоцентрический и в плоскости приемника формируетс изобра- жение объекта наблюдени .The presented scheme of the lens works as follows. In accordance with the laws of refraction of light rays on convex and concave interfaces of optical media with different refractive indices, the light flux is transformed as it passes through each element of the circuit, the parallel beam is transformed into a homocentric one, and an image of the object of observation is formed in the plane of the receiver.

Следует отметить, что композиционно объектив построен, т.е. обеспечиваетс It should be noted that the compositional lens is built, i.e. is provided

5 10 5 10

15 15

20 5 0 20 5 0

5 0 50

5five

0 5 0 5

строга балансировка аберрационных составл ющих осевых и широких наклонных пучков лучей, т.е. стабильность п тна рассе ни в плоскости установки приемника при смещени х от оптической оси по полю зрени к его краю. Выполнение этого услови надежной работы системы позвол ет гарантировать необходимую точность регистрации положени объектов наблюдени в пространстве. Поскольку объектив в данном конкретном случае рассчитан дл ближней ИК-области спектра (основна длина волны АО Ю,925 нм) с применением стекол с повышенной радиационно-оптической устойчивостью к у -излучению, выбор которых по ОСТ 3-28-77 весьма ограничен, то очевидно, что качественные характеристики системы могут быть улучшены при использовании более широкой гаммы оптических материалов, к которым не предъ вл етс особых требований по эксплуатации. Иллюстрацией высокой степени аберрационной коррекции светосильного объектива, предложенного к рассмотрению, вл ютс графики остаточных аберраций, приведенные нз фиг. 2.strict balancing of the aberration components of the axial and wide oblique beams of rays, i.e. the stability of the spot is scattered in the plane of the receiver when displaced from the optical axis along the field of view to its edge. The fulfillment of this condition of reliable operation of the system ensures the necessary accuracy of recording the position of the objects of observation in space. Since the lens in this particular case is designed for the near-IR spectral region (main wavelength AO Yu, 925 nm) with the use of glasses with increased radiation-optical resistance to γ-radiation, the choice of which according to OST 3-28-77 is very limited, It is obvious that the quality characteristics of the system can be improved by using a wider range of optical materials, which are not subject to special operational requirements. An illustration of the high degree of aberration correction of the aperture lens proposed for consideration are the residual aberration graphs shown in FIG. 2

Техническа эффективность предлагаемого изобретени в сравнении с прототипом заключаетс в увеличении относительного отверсти системы в 2,5 раза ().The technical efficiency of the proposed invention in comparison with the prototype consists in increasing the relative aperture of the system by 2.5 times ().

Claims

In addition to the above, the proposed scheme of the lens optics with a rear working segment of a component. - (0.13 ± 0.16) G is sufficiently compact - its length along the optical axis does not exceed the value of 7f. Geometric vignetting in the system is practically absent, which has a positive effect on the distribution of illumination over the field of view. The invention of a fast lens includes two components, the first of which includes a negative meniscus facing the object with concavity and glued together from the meniscus with optical power of different sign, a two-convex lens and a single meniscus facing the image with a concavity, and the second is a negative lens differing By the fact that, in order to improve the luminosity of the system while maintaining the image quality, a single meniscus of the first component is made positive, and after the negative lens of the second component, In the form of a meniscus, facing the concavity to the image, a positive meniscus, convex to the object, is introduced, and the lens is bent-curved.

d s / mm)

0.05

Schig.1

uT 10

F)

FtttrtJ

& (- /)

0.4

O.I

1.0