RU2178194C1

RU2178194C1 - High-speed lens

Info

Publication number: RU2178194C1
Application number: RU2000112626/28A
Authority: RU
Inventors: Л.И. Гришина
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2002-01-10

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: high-speed lens includes five components, first component being negative meniscus facing image with concavity, second component being biconvex lens, third component being biconcave lens, fourth component being biconvex lens and fifth component being positive meniscus facing object with convexity. These components are arranged with relationship specified in formula of invention. Invention provides for development of high- speed lens with relative aperture not less 1: 2, angular field in space of object over 47 degrees and length of optical system less than 2.9 f′ with good quality of image of point on axis and over field. EFFECT: improved functional characteristics of high-speed lens. 3 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, применяемым в приборах ночного видения, в частности работающих с ПСЭ-приемниками. The invention relates to optical instrumentation, and in particular to special lenses used in night vision devices, in particular, working with PSE receivers.

Известны конструкции светосильных объективов, описанные, например, в выложенных заявках Японии N 64-61714(А), кл. G 02 В 13/04, опубл. 8.03.89 г. , и N 63-70817(А), кл. G 02 В 13/16, опубл. 31.03.88 г. Они содержат 5 линз и имеют относительное отверстие около 1: 2 при значительной длине конструкции. Known designs for fast lenses, described, for example, in Japanese Patent Laid-Open N 64-61714 (A), cl. G 02 B 13/04, publ. 03/08/89, and N 63-70817 (A), cl. G 02 B 13/16, publ. 03/31/08, they contain 5 lenses and have a relative aperture of about 1: 2 with a significant length of the structure.

Наиболее близким аналогом, к заявляемому техническому решению является пятилинзовый объектив, описанный в выложенной заявке Японии N 63-81414(А), кл. G 02 В 13/04, опубл. 12.04.88 г. 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 a five-lens lens described in Japanese Patent Laid-Open No. 63-81414 (A), cl. G 02 B 13/04, publ. 04/12/08, it contains the following components in series:
- 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: 0,4f'<d<1,0f'; 50<ν₁; 30>ν₂; 30>ν₃; 50<(ν₄+ν₅)/2; 1,65<(n₄+n₅)/2, где f' - фокусное расстояние объектива, d₄ - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами, ν₁, ν₂, ν₃, ν₄, ν₅ - коэффициенты Аббе материалов линз компонентов, λ - показатели преломления материалов линз четвертого и пятого компонентов.The following relationships hold: 0.4f '<d <1.0f'; 50 <ν ₁ ; 30> ν ₂ ; 30> ν ₃ ; 50 <(ν ₄ + ν ₅ ) / 2; 1.65 <(n ₄ + n ₅ ) / 2, where f 'is the focal length of the lens, d ₄ is the air gap between the second and third components, ν ₁ , ν ₂ , ν ₃ , ν ₄ , ν ₅ are the Abbe coefficients lens material components, λ - refractive indices of the lens materials of the fourth and fifth components.

Данный объектив имеет относительное отверстие 1: 1,65, угловое поле зрения 47^o41', довольно большую длину оптической системы. При f'= 10 мм

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

задний фокальный отрезок.This lens has a relative aperture of 1: 1.65, an angular field of view of 47 ^o 41 ', a fairly large length of the optical system. With f '= 10 mm

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: 2, угловым полем в пространстве предметов больше 47 град и длиной оптической системы менее 2,9 f' при одновременном хорошем качестве изображения точки на оси и по полю. The objective of the invention is to create a high-aperture lens with a relative aperture of at least 1: 2, an angular field in the space of objects more than 47 degrees and an optical system less than 2.9 f 'in length with good image quality of a point on the axis and along the field.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе, содержащем пять компонентов, первый из которых представляет собой отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй компонент - двояковыпуклая линза, третий компонент - двояковогнутая линза, четвертый и пятый компоненты - положительные линзы, в отличие от известного, четвертый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, а пятый компонент - в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, при этом имеют место следующие соотношения: <

<
0,32f'<d₂<0,45f';
0,9f'<r₃<1,2f';
0,45<r₉/r₁₀<0,55,
где f' - фокусное расстояние всего объектива,
f'₁ - фокусное расстояние первого компонента,
d₂ - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами,
r₃ - первый радиус кривизны линзы второго компонента,
r₉, r₁₀ - радиусы кривизны линзы пятого компонента.The technical result due to this task is achieved by the fact that in 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 and fifth components are positive lenses, in contrast to the known one, the fourth component is made in the form of a biconvex lens, and the fifth component is in the form of a positive meniscus, convex to the object, while The following relations hav e place: <

<
0.32f '<d ₂ <0.45f';
0.9f '<r ₃ <1.2f';
0.45 <r ₉ / r ₁₀ <0.55,
where f 'is the focal length of the entire lens,
f ' ₁ is the focal length of the first component,
d ₂ - the air gap between the first and second components,
r ₃ is the first radius of curvature of the lens of the second component,
r ₉ , r ₁₀ are the radii of curvature of the lens of the fifth component.

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 представляет собой отрицательный мениск 1, обращенный вогнутостью к изображению, второй компонент - двояковыпуклая линза 2, третий компонент - двояковогнутая линза 3, четвертый компонент - двояковыпуклая линза 4, пятый компонент - положительный мениск 5, обращенный выпуклостью к предмету. Апертурная диафрагма расположена за линзой 2. The lens (Fig. 1) contains five components sequentially located along the beam, the first of which is a negative meniscus 1 facing the concavity to the image, the second component is a biconvex lens 2, the third component is a biconcave lens 3, the fourth component is a biconvex lens 4, the fifth component is a positive meniscus 5, convex to the subject. The aperture diaphragm is located behind the lens 2.

Объектив работает следующим образом. Параллельный световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит последовательно через линзы 1 - 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 to 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 (см. также таблицу):
фокусное расстояние объектива f'= 9,36 мм;
фокусное расстояние первого компонента f₁'= -18,16 мм;
фокусное расстояние второго компонента f₂'= 9,94 мм;
фокусное расстояние третьего компонента f₃'= 9,72 мм;
фокусное расстояние четвертого компонента f₄'= 10,93 мм;
фокусное расстояние пятого компонента f₅'= 21,35 мм;
задний фокальный отрезок S'_F'= 5,23 мм.As a specific example of the invention, a lens with the following structural data is calculated (see also the table):
focal length of the lens f '= 9.36 mm;
the focal length of the first component f ₁ '= -18.16 mm;
focal length of the second component f ₂ '= 9.94 mm;
the focal length of the third component f ₃ '= 9.72 mm;
the focal length of the fourth component f ₄ '= 10.93 mm;
the focal length of the fifth component f ₅ '= 21.35 mm;
back focal length S '_F' = 5.23 mm.

В объективе соблюдены следующие соотношения:
14,976мм < |f′₁| = |-18,16мм| < 19,656мм;
2,995 мм<d₂= 3,4 мм < 4,212 мм;
8,424 мм<r₃= 9,817 м<11,232 мм;
0,45<r₉/r₁₀= 7,482/14,488= 0,5164<0,55.The following ratios are observed in the lens:
14.976mm <| f ′ ₁ | = | -18.16mm | <19.656mm;
2.995 mm <d ₂ = 3.4 mm <4.212 mm;
8.424 mm <r ₃ = 9.817 m <11.232 mm;
0.45 <r ₉ / r ₁₀ = 7.482 / 14.488 = 0.5164 <0.55.

Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики:
относительное отверстие - 1: 2;
угловое поле в пространстве предметов - 48^o24';
спектральный диапазон - (0,6. . . 0,75. . . 1,0) мкм;
длина оптической системы - L= ∑d+S'= 21,2+5,18= 26,38 мм = 2,82f', где ∑d - сумма толщин и воздушных промежутков в объективе, S' - задний отрезок;
продольная сферическая аберрация (по зоне) - 0,018 мм;
меридиональная кривизна изображения - (-0,077) мм;
сагиттальная кривизна изображения - (-0,137) мм.The calculated lens has the following characteristics:
relative aperture - 1: 2;
angular field in the space of objects - 48 ^o 24 ';
spectral range - (0.6... 0.75... 1.0) microns;
the length of the optical system is L = ∑d + S '= 21.2 + 5.18 = 26.38 mm = 2.82f', 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) - 0.018 mm;
image meridional curvature - (-0.077) mm;
sagittal image curvature - (-0.137) mm.

Апертурная диафрагма расположена за линзой 2 на расстоянии 1,9 мм от нее, диаметр апертурной диафрагмы равен 4,84 мм. The aperture diaphragm is located behind the lens 2 at a distance of 1.9 mm from it, the diameter of the aperture diaphragm is 4.84 mm.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата по сравнению с ближайшим аналогом: длина оптической системы уменьшена до 2,82 f' вместо 3,84 f' при хорошем качестве изображения точки на оси и по полю при относительном отверстии объектива 1: 2 и угловом поле в пространстве предметов 48^o24'.Thus, as a result of the proposed solution, a technical result is obtained in comparison with the closest analogue: the length of the optical system is reduced to 2.82 f 'instead of 3.84 f' with good image quality of the point on the axis and in the field with a relative aperture of the lens 1: 2 and the angular field in the space of objects 48 ^o 24 '.

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 and fifth components are positive lenses, characterized in that the fourth component is made in the form of a biconvex lenses, and the fifth component - in the form of a positive meniscus, convex to the object, with the following relationships:

; 0.32f '<d ₂ <0.45f'; 0.9f '<r ₃ <1.2f'; 0.45 <r ₉ / r ₁₀ <0.55,
where f 'is the focal length of the entire lens, f' ₁ is the focal length of the first component, d ₂ is the air gap between the first and second components, r ₃ is the first radius of curvature of the lens of the second component, r ₉ , r ₁₀ are the radii of curvature of the lens of the fifth component .