RU2154292C2

RU2154292C2 - Fast lens

Info

Publication number: RU2154292C2
Application number: RU97122300/28A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Бездидько; Л.И. Гришина
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority date: 1997-12-30
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 2000-08-10

Abstract

FIELD: optical instrumentation engineering; precision viewing devices. SUBSTANCE: fast lens has first, second, third, fourth, and fifth components which are negative meniscus facing image with its concave side, bi-convex lens, bi-concave lens, plano-convex lens, and bi-convex lens, respectively. Focal distances of lens and its components, thicknesses of components, air gaps, curvature radii, and refractive indices of components are interrelated by definite dependences. Fast lens has relative aperture at least 1:1.7, angular field in space of objects over 47 deg at high quality of dot image on axis and over field. EFFECT: improved characteristics of lens. 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам и может быть использовано в приборах ночного видения, в частности, работающих с ПЗС-приемниками. The present invention relates to optical instrumentation, namely to special lenses and can be used in night vision devices, in particular, working with CCD receivers.

Известны объективы, описанные, например, в выложенной заявке Японии N 64-61714(А) кл. G 02 В 13/04, опубл. 8.03.89, выложенной заявке Японии N 63-70817 (A), кл. G 02 В 13/16, опубл. 31.03.88. Known lenses are described, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 64-61714 (A) class. G 02 B 13/04, publ. March 8, 89, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-70817 (A), CL G 02 B 13/16, publ. 03/31/08.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является объектив, описанный в выложенной заявке Японии N 63-81414 (A), кл. G 02 В 13/04, опубл. 12.04.88. Он содержит следующие последовательно расположенные компоненты:
- первый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- второй компонент - двояковыпуклая линза,
- третий компонент - двояковогнутая линза,
- четвертый компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению,
- пятый компонент - двояковыпуклая линза.The closest analogue to the claimed technical solution is the lens described in Japanese Patent Laid-Open No. 63-81414 (A), cl. G 02 B 13/04, publ. 04/12/88. It contains the following sequentially arranged components:
- the first component is a negative meniscus, facing concavity to the image,
- the second component is a biconvex lens,
- the third component is a biconcave lens,
- the fourth component is a positive meniscus, convex to the image,
- the fifth component is a biconvex lens.

Имеют место следующие соотношения:
t 0,4f < d₄ < f,
50 < V₁,
30 > V₂,
30 > V₃,
50 < (V₄ + V₅)/2,
1,65 < (n₄ + n₅)/2,
где f - фокусное расстояние объектива,
d₄ - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами,
V₁, V₂, V₃, V₄, V₅ - коэффициенты Аббе материалов линз компонентов,
n₄, n₅ - показатели преломления материалов линз четвертого и пятого компонентов,
Данный объектив имеет относительное отверстие 1: 1,65, угловое поле зрения 2 ω = 47^o41', довольно большую длину оптической системы

где ∑d - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе,

- задний фокальный отрезок.The following relationships hold:
t 0.4f <d ₄ <f,
50 <V ₁ ,
30> V ₂ ,
30> V ₃ ,
50 <(V ₄ + V ₅ ) / 2,
1.65 <(n ₄ + n ₅ ) / 2,
where f is the focal length of the lens,
d ₄ - the air gap between the second and third components,
V ₁ , V ₂ , V ₃ , V ₄ , V ₅ - Abbe coefficients of the materials of the lens components,
n ₄ , n ₅ are the refractive indices of the lens materials of the fourth and fifth components,
This lens has a relative aperture of 1: 1.65, angular field of view 2 ω = 47 ^o 41 ', a rather large length of the optical system

where ∑d is the sum of the thicknesses and air gaps in the lens,

- back focal segment.

Задачей изобретения является создание светосильного объектива с относительным отверстием не менее 1:1,7, угловым полем в пространстве предметов более 47^o и длиной оптической системы

при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю.The objective of the invention is to create a fast lens with a relative aperture of at least 1: 1.7, an angular field in the space of objects more than 47 ^o and the length of the optical system

with good image quality, points on the axis and field.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается созданием светосильного объектива, содержащего пять компонентов, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй компонент - двояковыпуклая линза, третий компонент - двояковогнутая линза, четвертый компонент - положительная линза, пятый компонент - двояковыпуклая линза, в отличие от известного, в объективе четвертый компонент выполнен в виде плоско-выпуклой линзы, при этом имеют место следующие соотношения:

0,8 < f'₂/f' < 1,5,
0,3 < d₂/f' < 0,42,
0,3 < d₄/f' < 0,5,
0,7 < r₃/f' < 1,2,
50 < V₂,
1,6 < (n₄ + n₅)/2 < 1,65
где f' - фокусное расстояние всего объектива,
f'₁, f'₂ - фокусное расстояние первого и второго компонентов,
d₂ - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами,
d₄ - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами,
r₃ - радиус кривизны линзы второго компонента,
V₂ - коэффициент Аббе материала линзы второго компонента,
n₄, n₅ - показатели преломления материна линз четвертого и пятого компонентов.The technical result due to this task is achieved by creating a fast lens containing five components, the first of which is the negative meniscus facing the concavity to the image, the second component is a biconvex lens, the third component is a biconcave lens, the fourth component is a positive lens, and the fifth component is biconvex the lens, in contrast to the known one, in the lens the fourth component is made in the form of a plano-convex lens, with the following relationships:

0.8 <f ' ₂ / f'<1.5,
0.3 <d ₂ / f '<0.42,
0.3 <d ₄ / f '<0.5,
0.7 <r ₃ / f '<1.2,
50 <V ₂ ,
1.6 <(n ₄ + n ₅ ) / 2 <1.65
where f 'is the focal length of the entire lens,
f ' ₁ , f' ₂ - the focal length of the first and second components,
d ₂ - the air gap between the first and second components,
d ₄ - the air gap between the second and third components,
r ₃ is the radius of curvature of the lens of the second component,
V ₂ is the Abbe coefficient of the lens material of the second component,
n ₄ , n ₅ are the refractive indices of the mother lenses of the fourth and fifth components.

На фиг. 1 изображена оптическая схема объектива, на фиг. 2 и 3 - графики аберраций объектива. In FIG. 1 is an optical diagram of a lens; FIG. 2 and 3 are graphs of lens aberrations.

Объектив (фиг. 1) содержит последовательно расположенные по ходу луча пять компонентов, первый из которых состоит из отрицательного мениска 1, обращенного вогнутостью к предмету, второй двояковыпуклая линза 2, третий компонент - двояковогнутая линза 3, четвертый компонент - плоско-выпуклая линза 4, пятый - двояковыпуклая линза 5. Апертурная диафрагма расположена за вторым компонентом. The lens (Fig. 1) contains five components sequentially located along the beam, the first of which consists of a negative meniscus 1 facing concavity to the object, the second biconvex lens 2, the third component is a biconcave lens 3, the fourth component is a plano-convex lens 4, the fifth is a biconvex lens 5. The aperture diaphragm is located behind the second component.

Объектив работает следующим образом. Параллельный световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит последовательно через линзы 1, 2, 3, 4 и 5 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического изображения (не показан). The lens works as follows. Parallel light flux from an object located at infinity enters the lens, where it passes sequentially through lenses 1, 2, 3, 4, and 5 and forms an image of the object in the plane of the best setting in which the optical image receiver (not shown) is installed.

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан объектив со следующими конструктивными данными:
фокусное расстояние объектива f' = 7,04 мм
фокусное расстояние первого компонента f'₁ = -10,61 мм
фокусное расстояние второго компонента f'₂ = 7,09 мм
фокусное расстояние третьего компонента f'₃ = -5,24 мм
фокусное расстояние четвертого компонента f'₄ = 8,94 мм
фокусное расстояние пятого компонента f'₅ = 10,5 мм
задний фокальный отрезок

= 6,55 мм.As a specific example of implementation of the invention, a lens with the following structural data is calculated:
focal length of the lens f '= 7.04 mm
focal length of the first component f ' ₁ = -10.61 mm
focal length of the second component f ' ₂ = 7.09 mm
focal length of the third component f ' ₃ = -5.24 mm
focal length of the fourth component f ' ₄ = 8.94 mm
focal length of the fifth component f ' ₅ = 10.5 mm
back focal length

= 6.55 mm.

Другие показатели приведены в таблице (см. ниже). Other indicators are shown in the table (see below).

В объективе соблюдены следующие соотношения:

50 < V₂ = 52,62,

Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики: относительное отверстие 1: 1,68; угловое поле в пространстве предметов 2 ω = 48^o2'; спектральный диапазон (0,6...0,75...1,0) мкм; длина оптической системы
L = ∑d+S′ = 15,7+6,54 = 22,24 мм = 3,16f′
где ∑d - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе,
S' - задний отрезок;
продольная сферическая аберрация (по зоне) (- 0,030) мм; меридиональная кривизна изображения 7 (- 0,208) мм; сагиттальная кривизна изображения (- 0,139) мм.The following ratios are observed in the lens:

50 <V ₂ = 52.62,

The calculated lens has the following characteristics: relative aperture 1: 1.68; angular field in the space of objects 2 ω = 48 ^o 2 '; spectral range (0.6 ... 0.75 ... 1.0) microns; optical system length
L = ∑d + S ′ = 15.7 + 6.54 = 22.24 mm = 3.16f ′
where ∑d is the sum of the thicknesses and air gaps in the lens,
S 'is the rear segment;
longitudinal spherical aberration (over the zone) (- 0,030) mm; image meridional curvature 7 (- 0.208) mm; sagittal image curvature (- 0.139) mm.

Апертурная диафрагма расположена на расстоянии 1,4 мм от второй линзы, диаметр апертурной диафрагмы равен 4,64 мм. The aperture diaphragm is located at a distance of 1.4 mm from the second lens, the diameter of the aperture diaphragm is 4.64 mm.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: длина оптической системы предложенного объектива L = ∑d+S′ = 3,16f′ значительно меньше оптической длины объектива ближайшего аналога L = 3,84f при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю при относительном отверстии 1:1,7 и угловом поле в пространстве предметов 2 ω =48^o2'.Thus, as a result of the proposed solution, a technical result is obtained: the optical system length of the proposed lens L = ∑d + S ′ = 3.16f ′ is significantly less than the optical length of the lens of the closest analogue L = 3.84f with good image quality of the point on the axis and along field with a relative aperture of 1: 1.7 and an angular field in the space of objects 2 ω = 48 ^o 2 '.

Claims

A fast lens containing five components, the first of which is a negative meniscus facing concavity to the image, the second component is a biconvex lens, the third component is a biconcave lens, the fourth component is a positive lens, the fifth component is a biconvex lens, characterized in that the fourth component made in the form of a plano-convex lens, with the following relationships:

0.8 <f ' ₂ / f'<1.5
0.3 <d ₂ / f '<0.42
0.3 <d ₄ / f '<0.5
0.7 <r ₃ / f '<1.2
50 <V ₂
1.6 <(n ₄ + n ₅ ) / 2 <1.65
where f 'is the focal length of the entire lens;
f ' ₁ , f' ₂ - the focal length of the first and second components;
d ₂ - air gap between the first and second components;
d ₄ - air gap between the second and third components;
r ₃ is the radius of curvature of the lens of the second component;
V ₂ is the Abbe coefficient of the lens material of the second component;
n ₄ , n ₅ are the refractive indices of the lens material of the fourth and fifth components.