RU2576346C1

RU2576346C1 - Objective lens with offset entrance pupil

Info

Publication number: RU2576346C1
Application number: RU2014147371/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Щеглов; Мария Анатольевна Прудникова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2016-02-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: lens consists of five separate lenses on a beam path, the first of which is a positive meniscus facing the object with its concave side, the second is a positive meniscus facing the object with its concave side, the third is a positive meniscus facing the object with its concave side, the fourth is a biconvex lens and the fifth is a negative meniscus facing the image with its convex side. The radii of the spherical surfaces, which are the first on the beam path, of the first three lenses increase in magnitude. The radii of the spherical surfaces, which are the second on the beam path, of the first three lenses increase in magnitude.

EFFECT: longer focal distance and back focal distance with high technological effectiveness, while maintaining high image quality.

2 cl, 1 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может быть использовано в различных оптических системах, например в телескопических, в микроскопах и в других приборах, в том числе и в ИК-системах.The invention relates to optical instrumentation, namely to lenses, and can be used in various optical systems, for example, telescopic, microscopes and other devices, including infrared systems.

Известен окуляр Людевига, описанный в книге: Б.Л. Нефедов, «Методы решения задач по вычислительной оптике», «Машиностроение», Москва, 1966 г., Ленинград, стр. 157, табл. 17, который в обратном ходе лучей может быть использован в качестве объектива с вынесенным входным зрачком и состоит из пяти линз по ходу лучей: первой линзы - плосковогнутой, обращенной плоскостью к предмету и склеенной со второй линзой - двояковыпуклой, третьей линзы - одиночной двояковыпуклой, четвертой - положительного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и пятой - двояковогнутой. Однако данный объектив при фокусном расстоянии 20 мм имеет недостаточно большой задний фокальный отрезок 3,61 мм и имеет сложную конструкцию, т.к. содержит одну линзу из лантанового стекла.Known for the Ludewig eyepiece described in the book: B.L. Nefedov, “Methods for solving problems in computational optics”, “Mechanical Engineering”, Moscow, 1966, Leningrad, p. 157, table. 17, which in the opposite direction of the rays can be used as a lens with a remote entrance pupil and consists of five lenses along the rays: the first lens is flat-concave, facing the subject and glued to the second lens - biconvex, the third lens is a single biconvex, fourth - a positive meniscus, convex to the subject, and the fifth - biconcave. However, this lens with a focal length of 20 mm does not have a large enough rear focal length of 3.61 mm and has a complex structure, because contains one lanthanum glass lens.

Известен окуляр, описанный в патенте США №5726808, МКИ G02B 25/00; НКИ 359/645; опубл. 1998 г., который может быть использован в качестве объектива с вынесенным входным зрачком. Окуляр, являющийся наиболее близким аналогом, состоит из пяти линз по ходу лучей. Первая линза выполнена в виде одиночного положительного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, вторая - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к предмету и склеенный с третьей линзой, двояковыпуклой, четвертая - двояковыпуклая, склеенная с пятой линзой, двояковогнутой. Однако данный объектив имеет малое фокусное расстояние 18,3 мм и, кроме того, данный объектив, пересчитанный на фокусное расстояние 21,44 мм для длины волны 656 нм с относительным отверстием 1:8,9, угловым полем в пространстве предметов 2W=50 град., при выносе входного зрачка на 12,06 мм перед первой поверхностью имеет недостаточно большой задний фокальный отрезок 8,12 мм и недостаточную технологичность, т.к. имеет одну асферическую оптическую поверхность.Known eyepiece described in US patent No. 5726808, MKI G02B 25/00; NCI 359/645; publ. 1998, which can be used as a lens with a remote entrance pupil. The eyepiece, which is the closest analogue, consists of five lenses along the rays. The first lens is made in the form of a single positive meniscus facing concavity to the object, the second is the negative meniscus convex to the object and glued to the third lens, biconvex, the fourth is biconvex, glued to the fifth lens, biconcave. However, this lens has a small focal length of 18.3 mm and, in addition, this lens, recalculated to a focal length of 21.44 mm for a wavelength of 656 nm with a relative aperture of 1: 8.9, an angular field in the space of objects 2W = 50 degrees ., when the entrance pupil is taken out 12.06 mm in front of the first surface, it does not have a large enough rear focal length of 8.12 mm and insufficient manufacturability, because has one aspherical optical surface.

Задачей заявляемого изобретения является создание объектива с вынесенным входным зрачком с улучшенными оптическими и технологическими характеристиками.The objective of the invention is the creation of a lens with a remote entrance pupil with improved optical and technological characteristics.

Технический результат - увеличение фокусного расстояния и заднего фокального отрезка при повышении технологичности и при сохранении высокого качества изображения.The technical result is an increase in the focal length and the back focal length while improving manufacturability and maintaining high image quality.

Это достигается тем, что в объективе с вынесенным входным зрачком, состоящим из пяти линз по ходу лучей: первая из которых - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, вторая выполнена в виде мениска, третья - положительная линза, четвертая - двояковыпуклая, и пятая - отрицательная, отличающийся тем, что вторая линза выполнена положительной, обращенной вогнутостью к предмету, третья линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а пятая - в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, кроме того, все пять линз - одиночные, радиусы сферических поверхностей первых по ходу лучей поверхностей первых трех линз возрастают по модулю и радиусы сферических поверхностей вторых по ходу лучей поверхностей первых трех линз возрастают по модулю.This is achieved by the fact that in a lens with an entrance pupil consisting of five lenses along the rays: the first of which is a single positive meniscus facing the concavity to the object, the second is made in the form of a meniscus, the third is a positive lens, the fourth is biconvex, and the fifth - negative, characterized in that the second lens is made positive, facing concavity to the subject, the third lens is made in the form of a meniscus facing concavity to the subject, and the fifth - in the form of a meniscus facing convex to the image, except Moreover, all five lenses are single, the radii of the spherical surfaces of the first along the rays of the surfaces of the first three lenses increase in absolute value and the radii of the spherical surfaces of the second along the rays of the surfaces of the first three lenses increase in absolute value.

Помимо того, радиус первой оптической поверхности по ходу лучей по модулю может быть равен радиусу восьмой оптической поверхности по ходу лучей и радиус шестой оптической поверхности по ходу лучей по модулю может быть равен радиусу десятой оптической поверхности по ходу лучей.In addition, the radius of the first optical surface along the rays in modulus can be equal to the radius of the eighth optical surface along the rays and the radius of the sixth optical surface along the rays in modulus can be equal to the radius of the tenth optical surface along the rays.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива с вынесенным входным зрачком.The drawing shows an optical diagram of the proposed lens with a remote entrance pupil.

Объектив состоит из пяти одиночных линз по ходу лучей, первая из которых - положительный мениск 1, обращенный вогнутостью к предмету, вторая - положительный мениск 2, обращенный вогнутостью к предмету, третья - положительный мениск 3, обращенный вогнутостью к предмету, четвертая - двояковыпуклая линза 4, пятая - отрицательный мениск 5, обращенный выпуклостью к изображению. Радиусы сферических поверхностей первых по ходу лучей поверхностей первых трех менисков 1,2,3 возрастают по модулю и радиусы сферических поверхностей вторых по ходу лучей поверхностей этих линз возрастают по модулю. Помимо того, радиус первой оптической поверхности по ходу лучей по модулю может быть равен радиусу восьмой оптической поверхности по ходу лучей и радиус шестой оптической поверхности по ходу лучей по модулю может быть равен радиусу десятой оптической поверхности по ходу лучей.The lens consists of five single lenses along the rays, the first of which is the positive meniscus 1 facing concavity to the subject, the second is the positive meniscus 2 facing concavity to the subject, the third is the positive meniscus 3 facing concavity to the subject, and the fourth is a biconvex lens 4 fifth - negative meniscus 5, convex to the image. The radii of the spherical surfaces of the first along the rays of the surfaces of the first three menisci 1,2,3 increase in absolute value and the radii of the spherical surfaces of the second along the rays of the surfaces of these lenses increase in absolute value. In addition, the radius of the first optical surface along the rays in modulus can be equal to the radius of the eighth optical surface along the rays and the radius of the sixth optical surface along the rays in modulus can be equal to the radius of the tenth optical surface along the rays.

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

В соответствии с предложенным решением рассчитаны два варианта исполнения пятилинзового объектива с вынесенным входным зрачком, исправленные в спектральном диапазоне от 600 нм до 700 нм. Конструктивные параметры объектива по первому варианту исполнения приведены в табл. 1, а по второму варианту исполнения - в таблице 2.In accordance with the proposed solution, two versions of a five-lens lens with a remote entrance pupil were calculated, corrected in the spectral range from 600 nm to 700 nm. The design parameters of the lens according to the first embodiment are given in table. 1, and in the second embodiment, in table 2.

Входной зрачок расположен на расстоянии 12,06 мм перед первой оптической поверхностью.The entrance pupil is located at a distance of 12.06 mm in front of the first optical surface.

Характеристики рассчитанного объектива по первому варианту исполнения:The characteristics of the calculated lens according to the first embodiment:

фокусное расстояниеfocal length 21,44 мм21.44 mm относительное отверстиеrelative hole 1:8,91: 8.9 угловое поле в пространстве предметовangular field in the space of objects 50 град.50 deg. расстояние до плоскости наилучшей установкиdistance to plane of best fit 11,65 мм11.65 mm

Характеристики рассчитанного объектива по второму варианту исполнения:The characteristics of the calculated lens in the second embodiment:

фокусное расстояниеfocal length 21,44 мм21.44 mm относительное отверстиеrelative hole 1:8,91: 8.9 угловое поле в пространстве предметовangular field in the space of objects 50 град.50 deg. расстояние до плоскости наилучшей установкиdistance to plane of best fit 11,7 мм11.7 mm

Рассчитанные объективы с вынесенным входным зрачком по первому и второму варианту исполнения имеют аберрации для λ=656 нм, приведенные в табл. 3.The calculated lenses with a remote entrance pupil according to the first and second embodiment have aberrations for λ = 656 nm, are given in table. 3.

Объектив по сравнению с ближайшим аналогом имеет большее значение фокусного расстояния, равное 21,44 мм, и заднего фокального отрезка не менее 11,65 мм и имеет повышенную технологичность, т.к. не содержит асферических оптических поверхностей. Предлагаемый объектив имеет также высокое качество изображения, что следует из табл. 3.Compared with the closest analogue, the lens has a larger focal length of 21.44 mm and a rear focal length of at least 11.65 mm and has increased manufacturability, as does not contain aspherical optical surfaces. The proposed lens also has high image quality, which follows from the table. 3.

Таким образом, в результате предложенного решения создан объектив с вынесенным входным зрачком с увеличенным фокусным расстоянием и задним фокальным отрезком при высоком качестве изображения, достигаемого при использовании всех линз со сферическими поверхностями.Thus, as a result of the proposed solution, a lens was created with a remote entrance pupil with an increased focal length and a rear focal segment with a high image quality achieved using all lenses with spherical surfaces.

Claims

1. A lens with a remote entrance pupil, consisting of five lenses along the rays: the first of which is a single positive meniscus facing concavity to the object, the second is made in the form of a meniscus, the third is a positive lens, the fourth is biconvex and the fifth is negative, characterized in that the second lens is made positive, facing concavity to the object, the third lens is made in the form of a meniscus facing concavity to the subject, and the fifth - in the form of a meniscus convex to the image, in addition, all five lenses are single the radii of the spherical surfaces of the first along the rays of the surfaces of the first three lenses increase in absolute value and the radii of the spherical surfaces of the first along the rays of the surfaces of the first three lenses increase in absolute value.

2. A lens with a remote entrance pupil according to claim 1, characterized in that the radius of the first optical surface along the rays modulo equal to the radius of the eighth optical surface along the rays and the radius of the sixth optical surface along the rays modulo equal to the radius of the tenth optical surface along rays.