RU2020523C1

RU2020523C1 - Concentric objective lens

Info

Publication number: RU2020523C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Семин; Л.З. Сюняев
Original assignee: Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики"
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: objective lenses applicable in optical observation systems and photorecorders. SUBSTANCE: concentric objective has biconvex lens and one or two adjacent concentric meniscuses with-out clearance from different sides. Radii of surfaces of biconvex lens and radii of external surfaces of meniscuses are made not equal to each other in absolute value, and radius of external surface of last meniscus is equal to distance from common center of concentric surfaces to focus. EFFECT: higher efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к объективам и может быть использовано в оптических системах наблюдения и в устройствах фоторегистрации. The invention relates to lenses and can be used in optical surveillance systems and in photographic recording devices.

Известен линзовый концентрический объектив "Сферогон" [1]. Его недостаток - сравнительно сложная конструкция. Он состоит из шести линз и имеет относительное отверстие 1:3. Known lens concentric lens "Spherogon" [1]. Its disadvantage is a relatively complex design. It consists of six lenses and has a relative aperture of 1: 3.

Наиболее близок по технической сущности к данному объективу шаровидный концентрический объектив [2] . Он представляет собой линзу-шар с двумя приклеенными к нему одинаковыми концентрическими менисками. Объектив обеспечивает поле зрения 2ω= 140^о при относительном отверстии до 1:2. Изображение формируется на сферической поверхности с радиусом кривизны, равным фокусному расстоянию объектива. Недостаток прототипа - значительный по величине задний отрезок. Для работы такого объектива, например, с волоконным световодом, необходима тщательная начальная юстировка, которая в процессе эксплуатации может нарушаться, например, из-за температурных изменений, вибраций, ударов, ускорений (например, при эксплуатации на самолете, вертолете и т.д.).The spherical concentric lens is closest in technical essence to this lens [2]. It is a ball lens with two identical concentric menisci glued to it. The lens provides a field of view of 2ω = 140 ^about with a relative aperture of up to 1: 2. The image is formed on a spherical surface with a radius of curvature equal to the focal length of the lens. The disadvantage of the prototype is a significant rear segment. For such a lens to work, for example, with a fiber waveguide, a thorough initial adjustment is necessary, which during operation can be violated, for example, due to temperature changes, vibrations, shock, acceleration (for example, when operating on an airplane, helicopter, etc. )

Целью изобретения является упрощение технологии сборки систем, содержащих данный объектив, и повышение их надежности при эксплуатации. The aim of the invention is to simplify the assembly technology of systems containing this lens, and increase their reliability during operation.

Цель достигается тем, что в концентрическом линзовом объективе, содержащем двояковыпуклую линзу и два прилегающих к ней без зазоров концентрических мениска, радиусы поверхностей двояковыпуклой линзы и радиусы внешних поверхностей менисков выполняются не равными друг другу по абсолютной величине, причем радиус последней поверхности объектива равен расстоянию от общего центра концентрических поверхностей до фокуса. The goal is achieved in that in a concentric lens containing a biconvex lens and two concentric menisci adjacent to it without gaps, the radii of the surfaces of the biconvex lens and the radii of the outer surfaces of the menisci are not equal in absolute value, and the radius of the last lens surface is equal to the distance from the total center of concentric surfaces to focus.

На фиг. 1, 3 изображены объективы с конкретно определенными параметрами, где на фиг. 1: r₁ = 73,37; r₂ = 21,0; r₃ = -44,253; r₄ = -100; f^l = 181,56; на фиг. 3: r₁ = r₂ = 41,83; r₃ = -18,403; r₄ = -100; f^l = 161,30; на фиг. 2, 4 - их аберрационные характеристики соответственно а координатах ( Δy^l, H, где Н - высота луча на первой поверхности; Δy^l - высота точки его пересечения с фокальной плоскостью. Буквами C, D, F обозначены аберрационные кривые соответственно для длин волн 656,3 нм, 589,3 нм, 486,1 нм (линии спектра С, D, F).In FIG. 1, 3 depict lenses with specific parameters, where in FIG. 1: r ₁ = 73.37; r ₂ = 21.0; r ₃ = -44,253; r ₄ = -100; f ^l = 181.56; in FIG. 3: r ₁ = r ₂ = 41.83; r ₃ = -18,403; r ₄ = -100; f ^l = 161.30; in FIG. 2, 4 - their aberration characteristics, respectively, at the coordinates (Δy ^l , H, where H is the height of the beam on the first surface; Δy ^l is the height of the point of intersection with the focal plane. The letters C, D, F denote aberration curves, respectively, for wavelengths 656 , 3 nm, 589.3 nm, 486.1 nm (spectrum lines C, D, F).

Установлено, что лучшие характеристики имеют объективы на тяжелых стеклах при минимальной (насколько это возможно) разнице показателей преломления и чисел Аббе у материалов менисков, с одной стороны, и материалов центрального двояковыпуклого элемента, с другой. В качестве конкретного примера - объектив по фиг. 1. Здесь материал менисков - стекло ТФ10 с показателем преломления n₁ = n₃ = 1,806 и числом Аббе v₁ = v₃ = 25,36; материал центральной линзы - стекло ТБФ4; n₂ = 1,7786; v₂ = 38,07 (ГОСТ 13659-78).It has been established that lenses on heavy glasses have the best characteristics with the minimum (as possible) difference in refractive indices and Abbe numbers for meniscus materials, on the one hand, and materials of a central biconvex element, on the other. As a specific example, the lens of FIG. 1. Here, the meniscus material is TF10 glass with a refractive index of n ₁ = n ₃ = 1.806 and an Abbe number of v ₁ = v ₃ = 25.36; central lens material - TBF4 glass; n ₂ = 1.7786; v ₂ = 38.07 (GOST 13659-78).

При уменьшении показателя преломления стекол быстро уменьшается толщина мениска, ограниченного радиусами r₁, r₂, и можно подобрать материалы так, что значения радиусов r₁ и r₂ как решения соответствующей системы уравнений станут равны, т.е. один мениск исчезает, трехкомпонентная система вырождается в двухкомпонентную, конструкция упрощается. При этом сохраняется характерный S-образный вид аберрационной характеристики (фиг. 4). Пример такого объектива - на фиг. 3. Здесь материал двояковыпуклой линзы - стекло К8 n₂ = 1,5163; v₂ = 64,05; материал мениска - стекло Ф6; n₃ = 1,6031; v₃ = 37,93.With a decrease in the refractive index of the glasses, the thickness of the meniscus bounded by the radii r ₁ , r ₂ quickly decreases, and materials can be selected so that the values of the radii r ₁ and r ₂ as solutions of the corresponding system of equations become equal, i.e. one meniscus disappears, the three-component system degenerates into a two-component, the design is simplified. In this case, the characteristic S-shaped view of the aberration characteristic is retained (Fig. 4). An example of such a lens is in FIG. 3. Here the material of the biconvex lens is K8 glass n ₂ = 1.5163; v ₂ = 64.05; meniscus material - glass F6; n ₃ = 1.6031; v ₃ = 37.93.

Угловая сферическая аберрация не есть угловой размер аберрационного пятна и даже не связана с ним однозначно. Поэтому окончательную доработку и контроль объектива следует производить с непосредственным просчетом хода лучей. Angular spherical aberration is not the angular size of the aberration spot and is not even unambiguously associated with it. Therefore, the final refinement and control of the lens should be made with a direct calculation of the course of the rays.

Объективы предложенной конструкции можно, например, приклеивать последней поверхностью к вогнутой сферической поверхности торца волоконного световода, как показано на фиг. 1, 3. При этом точная юстировка обеспечивается самой конструкцией объектива и она не нарушается ни при каких условиях, пока сохраняется прочность склейки. Такие объективы можно использовать и для фотографирования на фотопленку при контакте ее с последней поверхностью (наподобие иммерсионного объектива). The lenses of the proposed design can, for example, be glued with the last surface to the concave spherical surface of the end of the fiber, as shown in FIG. 1, 3. In this case, the exact alignment is ensured by the lens design itself and it is not violated under any conditions, while the bonding strength is maintained. Such lenses can also be used for photographing on film when it comes in contact with the last surface (like an immersion lens).

Эти же системы можно применять в качестве окуляров. The same systems can be used as eyepieces.

Claims

A CONCENTRIC LENS LENS, containing a biconvex lens and no more than two concentric menisci adjacent to the surfaces of the biconvex lens without gaps from different sides, characterized in that the radii of the surfaces of the biconvex lens and the radii of the outer surfaces of the lens are not equal to each other in absolute value, and the radius of the outer surface is not equal to each other in absolute value the last meniscus is equal to the distance from the common center of the concentric surfaces to the focus.