[go: up one dir, main page]

RU2662022C1 - High-aperture lens - Google Patents

High-aperture lens Download PDF

Info

Publication number
RU2662022C1
RU2662022C1 RU2017125857A RU2017125857A RU2662022C1 RU 2662022 C1 RU2662022 C1 RU 2662022C1 RU 2017125857 A RU2017125857 A RU 2017125857A RU 2017125857 A RU2017125857 A RU 2017125857A RU 2662022 C1 RU2662022 C1 RU 2662022C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
component
facing
image
negative
Prior art date
Application number
RU2017125857A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Медведев
Александр Васильевич Гринкевич
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" filed Critical Публичное акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод"
Priority to RU2017125857A priority Critical patent/RU2662022C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2662022C1 publication Critical patent/RU2662022C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/62Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having six components only

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: instrument engineering.
SUBSTANCE: lens can be used in digital sighting and observation devices with the images formation on the CCD or CMOS matrices under day and night conditions. First component comprises biconvex lens and negative concave-convex lens facing the image with convexity, second one is the single positive meniscus lens, facing the images space with concavity, third one is the negative meniscus lens and the positive meniscus lens, facing the image with concavity, fourth one is the negative meniscus lens, facing the image with concavity. Aperture diaphragm is located in front of the first component. Following ratios are met: d1-2=(0.8÷2.0)⋅FLENS, n3-1=n4≥2.0; where FLENS is the lens focal distance; d1-2 is the air gap between the first and second components; n3-1 is the third component first lens refraction index; n4 is the fourth component lens refraction index. As a result, enabling increase in the optical efficiency to the value of 1:0.85 with the spectral operating range extension to Δλ=(600…1,000) nm and the image quality improvement at spatial frequencies 90…100 lines/mm with polychromatic modulation transmission coefficients at the level of at least 0.4 in the field of view center and at least 0.3 at the field of view edge.
EFFECT: increase in the optical efficiency with the spectral operating range expansion and improvement in the image quality.
1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве объектива в цифровых прицельно-наблюдательных приборах с формированием изображения на ПЗС или КМОП матрицах в дневных и ночных условиях эксплуатации.The present invention relates to the field of optoelectronic technology and can be used as a lens in digital sighting and observational devices with image formation on CCD or CMOS sensors in day and night operating conditions.

Известен светосильный объектив (патент RU 2386988 С1, опубл. 20.04.2010), содержащий шесть линз, сформированных в четыре компонента с апертурной диафрагмой, расположенной перед первым компонентом, а первый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, второй компонент выполнен в виде двусклеенного мениска, состоящего из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Объектив работает в спектральном диапазоне Δλ=(600…900) нм и имеет относительное отверстие 1:2 и поле зрения 4°.Known fast lens (patent RU 2386988 C1, publ. 04/20/2010) containing six lenses formed in four components with an aperture diaphragm located in front of the first component, and the first component is made in the form of a double-glued lens, consisting of a biconvex and biconcave lenses, the second the component is made in the form of a double-glued meniscus, consisting of a biconcave and biconvex lens. The lens operates in the spectral range Δλ = (600 ... 900) nm and has a relative aperture of 1: 2 and a field of view of 4 °.

Недостатком этого светосильного объектива является невысокая светосила, равная 1:2, небольшое поле зрения, равное 4°, сравнительно узкий спектральный рабочий диапазон Δλ=(600…900) нм, а также наличие в нем двух склеенных линз, что усложняет технологию его изготовления.The disadvantage of this aperture lens is a low aperture ratio of 1: 2, a small field of view of 4 °, a relatively narrow spectral working range Δλ = (600 ... 900) nm, and the presence of two bonded lenses in it, which complicates the technology of its manufacture.

Наиболее близким по технической сущности является светосильный объектив (патент RU 2411556 С1, опубл. 10.02.2011), содержащий шесть линз, сформированных в четыре компонента с апертурной диафрагмой, расположенной на поверхности второго компонента, обращенной к пространству изображений, а первый компонент выполнен в виде одиночной положительной линзы, второй компонент выполнен в виде склейки из положительной несимметричной двояковыпуклой линзы, обращенной к первому компоненту поверхностью с меньшим радиусом кривизны, и отрицательной несимметричной двояковогнутой линзы, обращенной поверхностью с меньшим радиусом кривизны к пространству изображения, третий компонент выполнен в виде склейки из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, обращенной к пространству изображения поверхностью с большим радиусом кривизны, а четвертый - в виде несимметричной двояковогнутой линзы, обращенной к пространству изображения поверхностью с большим радиусом кривизны. Объектив работает в спектральном диапазоне Δλ=(486,1…656,3) нм и имеет относительное отверстие 1:1 и угловое поле зрения 10°.The closest in technical essence is a fast lens (patent RU 2411556 C1, publ. 02/10/2011) containing six lenses formed into four components with an aperture diaphragm located on the surface of the second component facing the image space, and the first component is made in the form single positive lens, the second component is made in the form of gluing from a positive asymmetric biconvex lens facing the first component with a surface with a smaller radius of curvature, and a negative asymmetric a biconcave lens facing a surface with a smaller radius of curvature to the image space, the third component is made in the form of gluing from the negative meniscus and a biconvex lens facing the image space with a surface with a large radius of curvature, and the fourth in the form of an asymmetric biconcave lens facing the image space surface with a large radius of curvature. The lens operates in the spectral range Δλ = (486.1 ... 656.3) nm and has a relative aperture of 1: 1 and an angular field of view of 10 °.

Недостатком этого светосильного объектива является невысокая светосила, равная 1:1, сравнительно узкий спектральный рабочий диапазон Δλ=(486,1…656,3) нм, невысокое качество изображения на пространственных частотах 90…100 штр/мм с полихроматическими коэффициентами передачи модуляции на уровне ~ 0,2, а также наличие в нем двух склеенных линз, что усложняет технологию его изготовления.The disadvantage of this aperture lens is a low aperture ratio of 1: 1, a relatively narrow spectral working range Δλ = (486.1 ... 656.3) nm, low image quality at spatial frequencies of 90 ... 100 lines / mm with polychromatic modulation transmission coefficients at a level ~ 0.2, as well as the presence of two glued lenses in it, which complicates the technology of its manufacture.

Задачей настоящего изобретения является увеличение светосилы объектива до значения 1:0,85 с расширением спектрального рабочего диапазона до значений Δλ=(600…1000) нм и улучшение качества изображения на пространственных частотах 90…100 штр/мм с полихроматическими коэффициентами передачи модуляции на уровне не менее 0,4 в центре поля зрения и не менее 0,3 на краю поля зрения.The objective of the present invention is to increase the lens aperture to a value of 1: 0.85 with the expansion of the spectral operating range to Δλ = (600 ... 1000) nm and to improve image quality at spatial frequencies of 90 ... 100 lines / mm with polychromatic modulation transmission coefficients at a level not less than 0.4 in the center of the field of view and not less than 0.3 at the edge of the field of view.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в светосильном объективе, содержащем последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента, первый из которых содержит положительную линзу, второй компонент содержит положительную линзу, третий компонент содержит отрицательный мениск, а четвертый - отрицательную линзу, в отличие от известного, первый компонент содержит две линзы, первая из которых выполнена в виде положительной двояковыпуклой линзы, а вторая линза выполнена в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству изображений, второй компонент содержит одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, третий компонент содержит две линзы, вторая из которых выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, а апертурная диафрагма расположена перед первой поверхностью первого компонента, при этом выполняются следующие соотношения:The technical result due to the task is achieved by the fact that in a fast lens containing four components sequentially located on the optical axis, the first of which contains a positive lens, the second component contains a positive lens, the third component contains a negative meniscus, and the fourth contains a negative lens, unlike the known one, the first component contains two lenses, the first of which is made in the form of a positive biconvex lens, and the second lens is made in the form of a negative of the concave-convex lens convex to the image space, the second component contains a single positive meniscus facing the concavity to the image space, the third component contains two lenses, the second of which is made in the form of a positive meniscus facing the concavity to the image space, the fourth component is made in in the form of a negative meniscus facing concavity to the image space, and the aperture diaphragm is located in front of the first surface of the first component, while the following relations:

d1-2=(0,8÷2,0)⋅FОБ,d 1-2 = (0.8 ÷ 2.0) ОБF OB ,

nЗ-1=n4≥2,0;n Z-1 = n 4 ≥2.0;

где FОБ - фокусное расстояние объектива;where F AB is the focal length of the lens;

d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами;d 1-2 is the air gap between the first and second components;

n3-1 - показатель преломления первой линзы третьего компонента;n 3-1 is the refractive index of the first lens of the third component;

n4 - показатель преломления линзы четвертого компонента.n 4 - refractive index of the fourth lens component.

Такой светосильный объектив обеспечивает более высокую светосилу объектива до значения 1:0,85 и расширенный спектральный рабочий диапазон до значений Δλ=(600…1000) нм с улучшением оптических характеристик.Such a fast aperture lens provides a higher aperture ratio of the lens to a value of 1: 0.85 and an expanded spectral working range to Δλ = (600 ... 1000) nm with improved optical characteristics.

Оптической схема светосильного объектива показана на фигуре 1.The optical scheme of the fast lens is shown in figure 1.

Светосильный объектив содержит последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента. Перед первым компонентом расположена апертурная диафрагма 1, первый компонент выполнен в виде положительной линзы 2 и отрицательной линзы 3, второй компонент выполнен в виде одиночной положительной линзы 4, третий компонент выполнен в виде отрицательной линзы 5 и положительной линзы 6, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска 7, после которого расположены защитное стекло 8 и фотоприемник 9.A fast lens contains four components sequentially located on the optical axis. Aperture diaphragm 1 is located in front of the first component, the first component is made in the form of a positive lens 2 and a negative lens 3, the second component is made in the form of a single positive lens 4, the third component is made in the form of a negative lens 5 and positive lens 6, the fourth component is made in the form of a negative meniscus 7, after which there is a protective glass 8 and a photodetector 9.

Конструктивные параметры варианта исполнения светосильного объектива приведены в таблице 1.The design parameters of the embodiment of the fast lens are shown in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Параметры такого варианта исполнения светосильного объектива:The parameters of this embodiment of the fast lens:

расчетная длина волныestimated wavelength 0,8 мкм0.8 μm рабочий спектральный диапазонworking spectral range (0,6÷1,0) мкм(0.6 ÷ 1.0) μm фокусное расстояниеfocal length 25,0 мм25.0 mm линейное поле зренияlinear field of view 4,5 мм4,5 mm угловое поле зренияangular field of view ~ 10,2°~ 10.2 ° относительное отверстиеrelative hole 1:0,851: 0.85

Принцип действия оптической системы заключается в следующем.The principle of operation of the optical system is as follows.

Первый компонент I, выполненный в виде положительной линзы 2 и отрицательной вогнуто-выпуклой линзы 3, обращенной выпуклостью к пространству изображений, в сочетании со вторым компонентом II, выполненным в виде одиночного положительного мениска 4, являются силовыми элементами, формирующими оптическую силу, близкую к оптической силе объектива, для чего необходимо выполнить следующее соотношение:The first component I, made in the form of a positive lens 2 and a negative concave-convex lens 3, convex to the image space, in combination with the second component II, made in the form of a single positive meniscus 4, are power elements that form an optical power close to optical the strength of the lens, for which it is necessary to perform the following ratio:

d1-2=(0,8÷2,0)⋅FОБ,d 1-2 = (0.8 ÷ 2.0) ОБF OB ,

где FОБ - фокусное расстояние объектива;where F AB is the focal length of the lens;

d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами.d 1-2 is the air gap between the first and second components.

Третий компонент III, выполненный в виде двух линз - отрицательного мениска 5 и положительного мениска 6, обращенного вогнутостью к пространству изображений, в сочетании с четвертым компонентом IV, выполненным в виде отрицательного мениска 7, обращенным вогнутостью к пространству изображений, являются коррекционными элементами, позволяющими обеспечить высокую степень коррекции сферохроматической аберрации, комы и вторичного спектра, а также исправить кривизну изображения, астигматизм и аберрации широких наклонных пучков, для чего необходимо выполнить следующее соотношение:The third component III, made in the form of two lenses - a negative meniscus 5 and a positive meniscus 6, facing concavity to the image space, in combination with the fourth component IV, made in the form of a negative meniscus 7, facing concavity to the image space, are correction elements that allow to provide a high degree of correction of spherochromatic aberration, coma and secondary spectrum, as well as correct image curvature, astigmatism and aberration of wide inclined beams, for which it is necessary imo fulfill the following relationship:

nЗ-1=n4≥2,0,n W-1 = n 4 ≥2.0,

где n3-1 - показатель преломления первой линзы третьего компонента;where n 3-1 - refractive index of the first lens of the third component;

n4 - показатель преломления линзы четвертого компонента.n 4 - refractive index of the fourth lens component.

Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая:Setting the quality criterion - the value of the polychromatic contrast transfer coefficient (CPC) and taking into account:

- толщину защитного стекла 8 фотоприемника, равную 0,75 мм;- the thickness of the protective glass 8 of the photodetector, equal to 0.75 mm;

- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива - 0,8 на длине волны 0,6 мкм, 0,9 на длине волны 0,7 мкм, 1,0 на длине волны 0,8 мкм, 0,8 на длине волны 0,9 мкм и 0,4 на длине волны 1,0 мкм;- spectral efficiency at wavelengths taking into account the sensitivity of the photodetector and the light transmission of the lens - 0.8 at a wavelength of 0.6 μm, 0.9 at a wavelength of 0.7 μm, 1.0 at a wavelength of 0.8 μm, 0.8 at a wavelength of 0.9 μm and 0.4 at a wavelength of 1.0 μm;

- пространственную частоту ~ 90 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника с размером чувствительного элемента, равным 5,625 мкм), получаем следующие расчетные значения качественных характеристик светосильного объектива:- spatial frequency ~ 90 lin / mm (Nyquist frequency for a photodetector with a sensor element size equal to 5.625 μm), we obtain the following calculated values of the qualitative characteristics of a fast lens:

дифракционное качествоdiffraction quality КПК=92,3%PDA = 92.3% для точки на осиfor a point on the axis КПК=45,1%PDA = 45.1% для точки поля 1,5 мм от центраfor a field point 1.5 mm from the center КПКМ=46,0%CPC M = 46.0% изображенияImages КПКС=43,4%CPC C = 43.4% для точки поля 2,2 мм от центраfor a field point of 2.2 mm from the center КПКМ=31,4%CPC M = 31.4% изображенияImages КПКС=42,5%PDA C = 42.5%

Как видно из расчетов, оптическая система, при простоте ее конструкции, обеспечивает хорошее качество изображения для оптико-электронных приборов, использующих телевизионную матрицу спектрального диапазона (0,6÷1,0) мкм с размером пикселя 5,625 мкм. Высокое значение относительного отверстия - 1:0,85 (у прототипа - 1:1) существенно расширяет диапазон возможного применения объектива, в частности позволяет использовать его для ночного видения в условиях низкой освещенности (сумерки и темное время суток).As can be seen from the calculations, the optical system, with the simplicity of its design, provides good image quality for optoelectronic devices using a television matrix of the spectral range (0.6 ÷ 1.0) microns with a pixel size of 5.625 microns. The high value of the relative aperture is 1: 0.85 (the prototype has 1: 1) significantly expands the range of possible use of the lens, in particular, it can be used for night vision in low light conditions (twilight and dark).

Claims (7)

Светосильный объектив, содержащий последовательно расположенные на оптической оси четыре компонента, первый из которых содержит положительную линзу, второй компонент содержит положительную линзу, третий компонент содержит отрицательный мениск, а четвертый - отрицательную линзу, отличающийся тем, что первый компонент содержит две линзы, первая из которых выполнена в виде положительной двояковыпуклой линзы, а вторая линза выполнена в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству изображений, второй компонент содержит одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, третий компонент содержит две линзы, вторая из которых выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, четвертый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, а апертурная диафрагма расположена перед первой поверхностью первого компонента, при этом выполняются следующие соотношения:A fast lens containing four components in series on the optical axis, the first of which contains a positive lens, the second component contains a positive lens, the third component contains a negative meniscus, and the fourth a negative lens, characterized in that the first component contains two lenses, the first of which made in the form of a positive biconvex lens, and the second lens is made in the form of a negative concave-convex lens, convex to the image space, the second to the component contains a single positive meniscus facing concavity to the image space, the third component contains two lenses, the second of which is made in the form of a positive meniscus facing concavity to the image space, the fourth component is made in the form of a negative meniscus facing concavity to the image space, and the aperture diaphragm located in front of the first surface of the first component, the following relationships are true: d1-2=(0,8÷2,0)⋅FОБ,d 1-2 = (0.8 ÷ 2.0) ОБF OB , n3-1=n4≥2,0;n 3-1 = n 4 ≥2.0; где FОБ - фокусное расстояние объектива;where F AB is the focal length of the lens; d1-2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами;d 1-2 is the air gap between the first and second components; n3-1 - показатель преломления первой линзы третьего компонента;n 3-1 is the refractive index of the first lens of the third component; n4 - показатель преломления линзы четвертого компонента.n 4 - refractive index of the fourth lens component.
RU2017125857A 2017-07-18 2017-07-18 High-aperture lens RU2662022C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017125857A RU2662022C1 (en) 2017-07-18 2017-07-18 High-aperture lens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017125857A RU2662022C1 (en) 2017-07-18 2017-07-18 High-aperture lens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2662022C1 true RU2662022C1 (en) 2018-07-23

Family

ID=62981636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017125857A RU2662022C1 (en) 2017-07-18 2017-07-18 High-aperture lens

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2662022C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4390250A (en) * 1980-07-17 1983-06-28 Olympus Optical Co., Ltd. Photographic lens system
SU1527604A1 (en) * 1988-03-17 1989-12-07 Предприятие П/Я В-8450 Fast lens
RU2388027C1 (en) * 2009-03-03 2010-04-27 Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" Large-aperture lens
RU2411556C1 (en) * 2009-02-06 2011-02-10 Иностранное частное производственное унитарное предприятие "Белтекс Оптик" компании "Сайбир Оптикс" Large-aperture lens
RU2543693C1 (en) * 2013-09-30 2015-03-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4390250A (en) * 1980-07-17 1983-06-28 Olympus Optical Co., Ltd. Photographic lens system
SU1527604A1 (en) * 1988-03-17 1989-12-07 Предприятие П/Я В-8450 Fast lens
RU2411556C1 (en) * 2009-02-06 2011-02-10 Иностранное частное производственное унитарное предприятие "Белтекс Оптик" компании "Сайбир Оптикс" Large-aperture lens
RU2388027C1 (en) * 2009-03-03 2010-04-27 Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" Large-aperture lens
RU2543693C1 (en) * 2013-09-30 2015-03-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8817392B2 (en) Wide field athermalized orthoscopic lens system
TW201713981A (en) Six-piece wide-angle lens module
RU2451312C1 (en) Objective lens
RU2411556C1 (en) Large-aperture lens
RU2645912C1 (en) High-aperture lens
JP2018091956A (en) Catadioptric optical system
RU2396581C1 (en) Large-aperture lens
TWI755625B (en) Optical image capturing system
RU2662022C1 (en) High-aperture lens
RU2732342C1 (en) High-output lens
RU2674303C1 (en) High-aperture lens
RU2413261C1 (en) Large-aperture lens
RU2711627C1 (en) High-aperture lens for near ir spectral range
RU204248U1 (en) LENS
RU2711626C1 (en) Fast lens
RU2577082C1 (en) Apochromatic athermal lens (versions)
RU2547005C1 (en) Apochromatic lens
TWI754166B (en) Optical image capturing system
RU2662032C1 (en) Photographic telephoto lens
RU2690053C1 (en) High-output lens
RU2421764C1 (en) Objective lens for visible and near infrared spectrum
RU2445659C1 (en) Large-aperture lens
RU2635810C1 (en) Photographic lens
RU181818U1 (en) Lens
RU2433432C2 (en) Apochromatic lens (versions)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190719