RU2386988C1

RU2386988C1 - Lens

Info

Publication number: RU2386988C1
Application number: RU2008148764/28A
Authority: RU
Inventors: Наталия Ефимовна Кунделева (BY); Наталия Ефимовна Кунделева; Татьяна Евгеньевна Емельянова (BY); Татьяна Евгеньевна Емельянова
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2010-04-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: lens comprises four components and aperture diaphragm arranged in front of the first component. The first component is a double-glued lens that consists of convexo-convex and concavo-concave lenses. The second component is a double-glued meniscus that consists of convexo-convex and concavo-concave lenses. The third component is a convexo-convex lens. The fourth component is a negative meniscus inverted with its concave surface to space of objects. Distance between the second and third, third and fourth components makes at least 0.38 and 0.2 of lens focus distance accordingly. Convexo-convex lenses of the first, second and third components are arranged of glass with refractory index of at least 1.61. Negative meniscus of the fourth component is made of glass with refractory index of at least 1.8. Difference of Abbe number of convexo-convex and concavo-concave lenses of the first component makes at least 25.

EFFECT: higher image quality.

6 dwg

Description

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

Известен объектив из пяти компонентов [1], первый компонент которого плосковыпуклая линза, обращенная выпуклой поверхностью к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде положительного двусклеенного мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов, третий компонент выполнен в виде одиночной плосковогнутой линзы, четвертый компонент выполнен в виде плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклой поверхностью к пространству предметов, пятый компонент выполнен в виде мениска, обращенного выпуклой поверхностью к пространству предметов. Данный объектив имеет относительное отверстие 1:2. Основным недостатком этого объектива является недостаточно высокое качество изображения, оцениваемое полихроматическим коэффициентом передачи модуляции (КПМ) в спектральном диапазоне (660…920)нм. КПМ для точки на оси на пространственной частоте N=30 мм^-1 не превышает 0.78.A known lens of five components [1], the first component of which is a plano-convex lens facing a convex surface to the space of objects, the second component is made in the form of a positive two-glued meniscus facing a convex surface to the space of objects, the third component is made in the form of a single flat-concave lens, the fourth component is made in the form of a plano-convex lens facing a convex surface to the space of objects, the fifth component is made in the form of a meniscus facing a convex surface to the space of objects. This lens has a 1: 2 relative aperture. The main disadvantage of this lens is the insufficiently high image quality, estimated by the polychromatic modulation transfer coefficient (KPM) in the spectral range (660 ... 920) nm. KPM for a point on the axis at a spatial frequency of N = 30 mm ^-1 does not exceed 0.78.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из четырех компонентов. Первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Апертурная диафрагма расположена между вторым и третьим компонентами. Данный объектив при относительном отверстии 1:1.6 имеет продольную сферическую аберрацию по зоне (-0.058), что не позволяет получить достаточно высокое качество изображения.The closest in technical essence to the proposed lens is a lens [2], consisting of four components. The first component is made in the form of a biconvex lens, the second component is made in the form of a biconvex lens, the third component is made in the form of a biconvex lens, the fourth component is made in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects. The aperture diaphragm is located between the second and third components. This lens with a relative aperture of 1: 1.6 has longitudinal spherical aberration in the zone (-0.058), which does not allow to obtain a sufficiently high image quality.

Задачей изобретения является повышение качества изображения.The objective of the invention is to improve image quality.

Объектив, содержащий четыре компонента, расположенные на оптической оси, и апертурную диафрагму, первый компонент которого положительная линза, второй компонент - отрицательная линза, третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, в отличие от прототипа первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент выполнен в виде двусклеенного мениска, состоящего из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, апертурная диафрагма расположена перед первым компонентом, причем расстояние между вторым и третьим, третьим и четвертым компонентами составляет не менее 0.38 и 0.2 фокусного расстояния объектива, соответственно, двояковыпуклые линзы первого, второго и третьего компонентов выполнены из стекла с показателем преломления не менее 1.61, а отрицательный мениск четвертого компонента выполнен из стекла с показателем преломления не менее 1.8, при этом разность числа Аббе двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого компонента составляет не менее 25.A lens containing four components located on the optical axis and an aperture diaphragm, the first component of which is a positive lens, the second component is a negative lens, the third component is made in the form of a biconvex lens, the fourth component is made in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, unlike the prototype, the first component is made in the form of a double-glued lens, consisting of biconvex and biconcave lenses, the second component is made in the form of a double-glued menis a biconcave and biconvex lens, the aperture diaphragm is located in front of the first component, and the distance between the second and third, third and fourth components is at least 0.38 and 0.2 of the focal length of the lens, respectively, the biconvex lenses of the first, second and third components are made of glass with a refractive index of at least 1.61, and the negative meniscus of the fourth component is made of glass with a refractive index of at least 1.8, and the difference in the Abbe number is biconvex and double concave lenses of the first component is at least 25.

Конструкция первого компонента, выполненного в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, конструкция второго компонента, выполненного в виде двусклеенного мениска, состоящего из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, выбор расстояния между вторым и третьим, третьим и четвертым компонентами не менее 0.38 и 0.2 фокусного расстояния объектива, соответственно, обеспечили высокую степень коррекции сферической аберрации и комы для точки на оси при относительном отверстии объектива не менее 1:2.The design of the first component, made in the form of a double-glued lens, consisting of a biconvex and biconcave lenses, the design of the second component, made in the form of a double-glued meniscus, consisting of a biconcave and biconvex lens, the choice of the distance between the second and third, third and fourth components is not less than 0.38 and 0.2 the focal length of the lens, respectively, provided a high degree of correction of spherical aberration and coma for a point on the axis with a relative lens aperture of at least 1: 2.

Выполнение двояковыпуклых линз первого, второго и третьего компонентов из стекла с показателем преломления не менее 1.61, а отрицательного мениска четвертого компонента - из стекла с показателем преломления не менее 1.8, при этом разность числа Аббе двояковыпуклой и двояковогнутой линз первого компонента составляет не менее 25, позволило исправить вторичный спектр и сферохроматические аберрации и получить высокие значения полихроматического коэффициента передачи модуляции.The implementation of the biconvex lenses of the first, second and third components of glass with a refractive index of at least 1.61, and the negative meniscus of the fourth component of glass with a refractive index of at least 1.8, while the difference in the Abbe number of the biconvex and biconcave lenses of the first component is at least 25, correct the secondary spectrum and spherochromatic aberrations and obtain high values of the polychromatic modulation transfer coefficient.

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.Figure 1 shows the optical scheme 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 е (λ=546 нм),Figure 2 shows the design parameters of the lenses of the lens and the characteristics of the glasses, where R is the radius of curvature of the lens surfaces, D-distance between the lens surfaces, n _e is the refractive index of the lens glasses for the line e (λ = 546 nm),

ν_e - число Аббе для линии е.ν _e is the Abbe number for line e.

На фиг.3 приведен график поперечной сферической аберрации объектива.Figure 3 shows 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=4°.Figure 4 shows the graphs of the aberrations of wide inclined beams of the meridional section of the angle of view 2W = 4 °.

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=4°.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 = 4 °.

Объектив (фиг.1) состоит из четырех компонентов, расположенных на оптической оси. Первый компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы 1, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Второй компонент - отрицательный мениск 2, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов и склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Третий компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы 3. Четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Расстояние между вторым и третьим компонентами равно 24.7 мм, что составляет 0.38 фокусного расстояния объектива. Расстояние между третьим и четвертым компонентами равно 13.57, что составляет 0.21 фокусного расстояния объектива. Объектив рассчитан со светофильтрами 5 и 6.The lens (figure 1) consists of four components located on the optical axis. The first component is made in the form of a positive double-glued lens 1, consisting of a biconvex and biconcave lenses. The second component is the negative meniscus 2, facing a concave surface to the space of objects and glued from a biconcave and biconvex lens. The third component is made in the form of a biconvex lens 3. The fourth component is made in the form of a negative meniscus 4, facing a concave surface to the space of objects. The distance between the second and third components is 24.7 mm, which is 0.38 of the focal length of the lens. The distance between the third and fourth components is 13.57, which is 0.21 of the focal length of the lens. The lens is designed with filters 5 and 6.

Предлагаемый объектив работает в спектральном диапазоне λ=(600…900)нм, имеет фокусное расстояние 64.5 мм, относительное отверстие 1:2, апертурная диафрагма диаметром 33 мм совпадает с первой поверхностью объектива, поле зрения объектива 2W=4°. Высокая степень коррекции аберраций осевого пучка, вторичного спектра, сферохроматических и аберраций широких наклонных пучков позволили получить высокие значения коэффициента передачи модуляции:The proposed lens operates in the spectral range λ = (600 ... 900) nm, has a focal length of 64.5 mm, a relative aperture of 1: 2, an aperture diaphragm with a diameter of 33 mm coincides with the first surface of the lens, the field of view of the lens is 2W = 4 °. A high degree of correction of aberrations of the axial beam, secondary spectrum, spherochromatic and aberrations of wide inclined beams made it possible to obtain high values of the modulation transmission coefficient:

- для точки на оси не менее 0.9 для пространственной частоты N=40 мм^-1 и не менее 0.77 для пространственной частоты N=83 мм^-1;- for a point on the axis of at least 0.9 for the spatial frequency N = 40 mm ^-1 and at least 0.77 for the spatial frequency N = 83 mm ^-1 ;

- для края поля зрения не менее 0.85 для пространственной частоты N=40 мм^-1 и не менее 0.63 для пространственной частоты N=83 мм^-1.- for the edge of the field of view of at least 0.85 for the spatial frequency N = 40 mm ^-1 and at least 0.63 for the spatial frequency N = 83 mm ^-1 .

Графики аберраций, приведенные на фиг.3 и 4, и графики полихроматических коэффициентов 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.The graphs of aberrations shown in FIGS. 3 and 4 and the graphs of polychromatic coefficients for a point on the axis and for the edge of the field of view shown in FIGS. 5 and 6 confirm that the lens has good image quality over the entire field of view.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=4° проходит через апертурную диафрагму объектива диаметром 33 мм, совпадающую с первой поверхностью, и, преломившись через поверхности линз компонентов 1-4 и светофильтры 5, 6 фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица.The lens works as follows: a parallel beam of light with a field angle of 2W = 4 ° passes through the aperture diaphragm of the lens with a diameter of 33 mm, which coincides with the first surface, and, being refracted through the lens surfaces of components 1-4 and filters 5, 6, focuses in the image plane, where is the CCD matrix located.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2276799, публикация 2006 г., МПК G02B 13/14.1. Patent RU No. 2276799, publication of 2006, IPC G02B 13/14.

2. Патент RU №2183341 С1, публикация 2002 г., МПК G02B 13/14 - прототип.2. Patent RU No. 2183341 C1, publication of 2002, IPC G02B 13/14 - prototype.

Claims

A lens containing four components located on the optical axis and an aperture diaphragm, the first component of which is a positive lens, the second component is a negative lens, the third component is a biconvex lens, the fourth component is a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects characterized in that the first component is made in the form of a double-glued lens, consisting of biconvex and biconcave lenses, the second component is made in the form of a double-glued menis a biconcave and biconvex lens, the aperture diaphragm is located in front of the first component, and the distance between the second and third, third and fourth components is at least 0.38 and 0.2 of the focal length of the lens, respectively, biconvex lenses of the first, second and third components made of glass with a refractive index of at least 1.61, and the negative meniscus of the fourth component is made of glass with a refractive index of at least 1.8, while the difference in the Abbe number is biconvex and biconc the concave lens of the first component is at least 25.