RU2248599C2

RU2248599C2 - Fast high-speed wide-angle optical axis bent lens

Info

Publication number: RU2248599C2
Application number: RU2002125170/28A
Authority: RU
Inventors: кова И.П. Пол (RU); И.П. Полякова; А.Э. Пуйша (RU); А.Э. Пуйша
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова"
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2005-03-20
Also published as: RU2002125170A

Abstract

FIELD: optical engineering.

SUBSTANCE: lens is intended for work within wide spectral range using radiation receivers which have optical axes being located at angle of 90 deg to optical axis of lens. Lens has four pieces, rectangular prism and aperture diaphragm, which is disposed between second and third pieces of lens. The first piece has two positive lenses, second piece has negative meniscus, third component has meniscus being glued of positive and negative lenses and turned with its concavity to object, fourth piece has to positive lens. Modula of focal lengths of third and fourth pieces are equal or larger than 5f'_l and 0,9f'_l correspondingly, where f'_l is focal length of lens. There is rectangular prism on the back focal segment of lens, which prism has ray path length of 0,6f'_l and more. Fast high-speed wide-angle lens has aperture ratio of up to 1:17 and angular field up to 48 deg and provides as high quality of image and ability to adjust illumination at the plane of images.

EFFECT: improved efficiency of operation.

3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к классу светосильных объективов, и может быть использовано при работе в широком спектральном диапазоне с различными приемниками излучения, оптические оси которых находятся под углом 90° к оптической оси объектива, при высоком качестве изображения и возможностью регулировки освещенности в плоскости изображения.The present invention relates to the field of optical instrumentation, namely to the class of fast lenses, and can be used when working in a wide spectral range with various radiation detectors, the optical axes of which are at an angle of 90 ° to the optical axis of the lens, with high image quality and the ability to adjust illumination in the image plane.

Известны светосильные объективы [1-5] с относительными отверстиями до 1:1,4 и угловыми полями до 56°, работающие с различными приемниками излучения. Однако некоторые объективы [1, 2] при достаточно высоком относительном отверстии 1:1,4 имеют угловые поля менее 30°. Другие объективы [3, 4] при угловых полях до 45° имеют задний фокальный отрезок, недостаточный для размещения на нем призмы для излома оптической оси на 90°.Known fast lenses [1-5] with relative openings up to 1: 1.4 and angular fields up to 56 °, working with various radiation detectors. However, some lenses [1, 2] with a sufficiently high relative aperture of 1: 1.4 have angular fields of less than 30 °. Other lenses [3, 4] with angular fields up to 45 ° have a posterior focal segment insufficient to accommodate a prism on it to break the optical axis by 90 °.

Объектив [5] при относительном отверстии 1:2 и угловом поле 56° имеет большой задний фокальный отрезок S’f=0,91 f’_об, где f’_об - фокусное расстояние объектива. Однако этот объектив имеет большую кривизну изображения и неудовлетворительное качество изображения при угловых полях более 30°.The lens [5] with a relative aperture of 1: 2 and an angular field of 56 ° has a large rear focal segment S'f = 0.91 f ' _rev , where f' _rev is the focal length of the lens. However, this lens has a large image curvature and poor image quality with angular fields of more than 30 °.

Все рассмотренные объективы не содержат на заднем фокальном отрезке призм для излома оптической оси и не обеспечивают достаточно хорошего исправления аберраций при относительном отверстии более 1:2 и угловых полях не менее 45° в широком спектральном диапазоне.All the considered lenses do not contain prisms for breaking the optical axis on the rear focal segment and do not provide a sufficiently good correction of aberrations with a relative aperture of more than 1: 2 and angular fields of at least 45 ° in a wide spectral range.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является светосильный объектив [4], состоящий из четырех компонентов, первый из которых содержит две одинаковые положительные линзы, второй - отрицательный мениск, третий - мениск, обращенный вогнутостью к предмету, склеенный из отрицательной и положительной линз, а четвертый - положительная линза. Объектив имеет угловое поле 45°, относительное отверстие 1:2.The closest in technical essence to the proposed one is a fast lens [4], consisting of four components, the first of which contains two identical positive lenses, the second is the negative meniscus, the third is the meniscus facing concavity to the object, glued from the negative and positive lenses, and the fourth is a positive lens. The lens has an angular field of 45 °, a relative aperture of 1: 2.

Однако задний фокальный отрезок объектива не превышает 0,5 f’_об, что не позволяет разместить призму для излома оптической оси на 90° при угловом поле 45°, а отсутствие действующей апертурной диафрагмы не позволяет регулировать освещенность в плоскости изображения.However, the rear focal segment of the lens does not exceed 0.5 f ' _about , which does not allow you to place a prism for breaking the optical axis by 90 ° with an angular field of 45 °, and the absence of a valid aperture diaphragm does not allow you to adjust the illumination in the image plane.

Целью предлагаемого изобретения является создание светосильного широкоугольного объектива с относительным отверстием до 1:1,7, угловым полем до 48° с изломом оптической оси на 90°, высоким качеством изображения в широком спектральном диапазоне и возможностью регулировки освещенности в плоскости изображения.The aim of the invention is the creation of a fast wide-angle lens with a relative aperture of up to 1: 1.7, an angular field of up to 48 ° with a break in the optical axis by 90 °, high image quality in a wide spectral range and the ability to adjust the illumination in the image plane.

Эта цель достигается тем, что в известном объективе, содержащем четыре компонента, первый из которых состоит из двух положительных линз, второй - отрицательный мениск, третий - мениск, обращенный вогнутостью к предмету, склеенный из отрицательной и положительной линз, а четвертый - положительная линза, после второго компонента расположена действующая апертурная диафрагма, на заднем отрезке находится прямоугольная призма с длиной хода луча более 0,65 f’_об, а фокусные расстояния третьего компонента по абсолютной величине и четвертого компонента не менее 5 f’_об и 0,9 f’_об соответственно, где f’_об - фокусное расстояние объектива.This goal is achieved by the fact that in the known lens containing four components, the first of which consists of two positive lenses, the second is the negative meniscus, the third is the meniscus facing concavity to the object, glued from the negative and positive lenses, and the fourth is a positive lens, after the second component is acting aperture stop, the background segment is a rectangular prism with beam path length more than 0,65 f _'on, and the focal distance of the third component and the absolute value of the fourth cOMPONENT coagulant least 5 f _'of 0.9 and f' _of, respectively, where f _'of - lens focal distance.

На Фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого объектива. Объектив состоит из компонентов 1, 2, 3, 4, прямоугольной призмы 9 и действующей апертурной диафрагмы, установленной между компонентами 2 и 3. Компонент 1 содержит две одинаковые положительные линзы 5 и 6, компонент 2 выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению. Компонент 3 представляет собой мениск, обращенный вогнутостью к предмету, склеенный из отрицательной и положительной линз 7 и 8, а компонент 4 - одиночная положительная линза.Figure 1 presents a schematic diagram of the proposed lens. The lens consists of components 1, 2, 3, 4, a rectangular prism 9 and an active aperture diaphragm mounted between components 2 and 3. Component 1 contains two identical positive lenses 5 and 6, component 2 is made in the form of a negative meniscus, facing concavity to the image . Component 3 is a meniscus facing concavity to the object, glued from the negative and positive lenses 7 and 8, and component 4 is a single positive lens.

На Фиг.2 в качестве примера приведены конструктивные элементы объектива с прямоугольной призмой на заднем фокальном отрезке. Относительное отверстие объектива 1:1,67, угловое поле 2ω=48°, диапазон ахроматизации от 486 нм до 656 нм.Figure 2 shows as an example the structural elements of the lens with a rectangular prism on the rear focal segment. The relative aperture of the lens 1: 1.67, the angular field 2ω = 48 °, the achromatization range from 486 nm to 656 nm.

Между компонентами 2 и 3 расположена действующая апертурная диафрагма на расстоянии 0,11 f’_об от компонента 2. Длина хода луча в призме составляет 0,72 f’_об, фокусные расстояния компонентов 3 и 4 равны -7,5 f’_об и 0,97 f’_об соответственно.Between components 2 and 3, there is an active aperture diaphragm at a distance of 0.11 f ' _about component 2. The beam path in the prism is 0.72 f' _about , the focal lengths of components 3 and 4 are -7.5 f ' _about and 0 , 97 f ' _about respectively.

На Фиг.3 представлены графики остаточных аберраций объектива в плоскости наилучшего изображения при фокусном расстоянии 50 мм, поперечные величины сферической аберрации для λ₀=0.546 нм и хроматической аберрации для λ₁=0.656 нм и λ₂=0.486 нм, астигматические аберрации Z’_m и Z’_s и хроматизм увеличения для поля зрения 2ω=48°.Figure 3 presents graphs of the residual aberrations of the lens in the plane of the best image at a focal length of 50 mm, the transverse values of spherical aberration for λ ₀ = 0.546 nm and chromatic aberration for λ ₁ = 0.656 nm and λ ₂ = 0.486 nm, astigmatic aberrations Z ' _m and Z ' _s and increase chromatism for the field of view 2ω = 48 °.

Положительный эффект предлагаемой конструкции объектива заключается в том, что она обеспечивает возможность излома оптической оси на 90° при высоком качестве изображения в широком спектральном диапазоне (в прототипе призма отсутствует), повышение относительного отверстия до 1:1,7 (в прототипе 1:2). Наличие действующей апертурной диафрагмы (в прототипе ее нет) обеспечивает регулировку освещенности в плоскости изображения.The positive effect of the proposed lens design is that it provides the possibility of breaking the optical axis by 90 ° with high image quality in a wide spectral range (there is no prism in the prototype), increasing the relative aperture to 1: 1.7 (in the prototype 1: 2) . The presence of a valid aperture diaphragm (in the prototype it is not) provides light control in the image plane.

Объектив использован в качестве головного объектива визуальной телескопической системы с видимым увеличением Г=1,2^х и полем зрения 2σ=45°.The lens was used as the head lens of a visual telescopic system with a visible increase of Г = 1.2 ^х and a field of view of 2σ = 45 °.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Заявка Японии №61-32647, кл. 6 G 02 B 9/60, 1986 г.1. Japanese application No. 61-32647, cl. 6 G 02 B 9/60, 1986

2. Авт. св. СССР №1282043, кл. 4 G 02 B 9/62, 1987 г.2. Auth. St. USSR No. 1282043, cl. 4 G 02 B 9/62, 1987

3. Патент Германии №4102377, кл. G 02 B 9/60, 1991 г.3. German patent No. 4102377, cl. G 02 B 9/60, 1991

4. Заявка Японии №62-7525, кл. 4 G 02 B 9/60, 1987 г.4. Japanese application No. 62-7525, cl. 4 G 02 B 9/60, 1987

5. Заявка Японии №61-28973, кл. 4 G 02 B 9/62, 1986 г.5. Japanese application No. 61-28973, cl. 4 G 02 B 9/62, 1986

Claims

A fast wide-angle lens containing four components, the first of which consists of two single positive lenses, the second is the negative meniscus, the third is the meniscus facing concavity, glued from the negative and positive lenses, and the fourth component is a positive lens, characterized in that after the second component, the lens contains a valid aperture diaphragm, a rectangular prism with a beam length of more than 0.65 f ' _rev , and the focal lengths of the third component are located on the rear focal segment nta in absolute value and the fourth component is at least 5 f ' _about and 0.9 f' _about, respectively, where f ' _about is the focal length of the lens.