RU2746594C1

RU2746594C1 - Double lens

Info

Publication number: RU2746594C1
Application number: RU2020128020A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Щеглов; Светлана Николаевна Зубок
Original assignee: Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева", ПАО КМЗ
Priority date: 2020-08-24
Filing date: 2020-08-24
Publication date: 2021-04-16

Abstract

FIELD: visual optical systems.

SUBSTANCE: lens can be used in both visual optical systems and infrared systems. The lens consists of two lenses. The first lens is made in the form of a biconvex, and the second lens is in the form of a negative meniscus, convex facing the image. There are the following ratios: |R₁|=|R₃|; |R₁|<|R₂|; 0,4<|R₁| /f≤0,52; 0,58≤|R₂| /f≤2; 9≤|R₄| /f≤300 where R₁, R₂, R₃, R₄ are the radii of the first, second, third and fourth optical surfaces along the beams; f is the focal length of the entire lens.

EFFECT: increasing the relative aperture and angular field in the space of objects with high image quality.

1 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных оптических системах, например, в визуальных или в ИК-системах.The invention relates to optical instrumentation and can be used in various optical systems, for example, in visual or IR systems.

Известен двухлинзовый объектив - ахромат, описанный в заявке Франции №25476, МПК G02B 13/00, 5/00, публ. 1970 г., работающий в ИК - диапазоне от 8 до 14 мкм., состоящий из одиночных двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению. Линзы объектива выполнены из материалов CsBr и ZnS с показателями преломления 1,66251 и 2,1986. Объектив имеет небольшое фокусное расстояние 100 мм и недостаточную технологичность, т.к. требуется применение разных эталонных пробных стекол для каждой оптической поверхности.Known two-lens objective - achromat, described in the application of France No. 25476, IPC G02B 13/00, 5/00, publ. 1970, operating in the infrared range from 8 to 14 microns., Consisting of a single biconvex lens and a negative meniscus, convex facing the image. The objective lenses are made of CsBr and ZnS materials with refractive indices of 1.66251 and 2.1986. The lens has a small focal length of 100 mm and insufficient manufacturability, because requires the use of different reference test glasses for each optical surface.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является двухлинзовый объектив, описанный в патенте России №2384868, МПК G02B 9/10, 9/14, публ. 2010 г., состоящий из, расположенных по ходу луча ---- двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, у которого имеют место соотношения:The closest analogue to the claimed technical solution is a two-lens objective, described in Russian patent No. 2384868, IPC G02B 9/10, 9/14, publ. 2010, consisting of a biconvex lens and a negative meniscus, convex to the image, located in the direction of the ray, in which the following relations take place:

|R₁|=|R₃|;| R ₁ | = | R ₃ |;

|R₁|<|R₂|;| R ₁ | <| R ₂ |;

1,41<n₁<1,619;1.41 <n ₁ <1.619;

1,54<n₂<1,79;1.54 <n ₂ <1.79;

где: R₁, R₂, R₃ - радиусы первой, второй и третьей оптических поверхностей по ходу лучей;where: R ₁ , R ₂ , R ₃ - the radii of the first, second and third optical surfaces along the rays;

n₁, n₂ - показатели преломления материала первой и второй линз по ходу лучей для линии е. Для первого варианта исполнения данного объектива имеют место соотношения:n ₁ , n ₂ are the refractive indices of the material of the first and second lenses along the ray path for the line e. For the first embodiment of this lens, the following relations hold:

|R₁| /f=0,5296;| R ₁ | / f = 0.5296;

|R₂| /f=0,5727;| R ₂ | / f = 0.5727;

|R₄| /f=8,9321,| R ₄ | / f = 8.9321,

где: R₄ - радиус четвертой оптической поверхности по ходу лучей;where: R ₄ is the radius of the fourth optical surface along the beams;

f - фокусное расстояние всего объектива.f is the focal length of the entire lens.

Для второго варианта исполнения данного объектива имеют место соотношения:For the second version of this lens, the following ratios take place:

|R₁| /f=0,3981;| R ₁ | / f = 0.3981;

|R₂| /f=0,4227;| R ₂ | / f = 0.4227;

|R₄| /f=2,6369.| R ₄ | / f = 2.6369.

У данного объектива не достаточно большое относительное отверстие 1:18 и угловое поле 2W=1 град. 40 мин.This lens does not have a sufficiently large relative aperture of 1:18 and an angular field of 2W = 1 degree. 40 minutes

Задачей заявляемого изобретения является создание технологичного двухлинзового объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками.The objective of the claimed invention is to create a technologically advanced two-lens objective with improved performance characteristics.

Технический результат - увеличение относительного отверстия и углового поля в пространстве предметов при высоком качестве изображения.The technical result is an increase in the relative aperture and angular field in the space of objects with high image quality.

Это достигается тем, что в двухлинзовом объективе, состоящем из расположенных по ходу лучей двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, причем радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы равен по абсолютной величине радиусу первой по ходу лучей оптической поверхности отрицательного мениска, кроме того, радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности, в отличие от известного, имеют место соотношения:This is achieved by the fact that in a two-lens objective consisting of a biconvex lens and a negative meniscus located along the path of the rays, convex to the image, and the radius of the first along the rays of the optical surface of the biconvex lens is equal in absolute value to the radius of the first along the path of the optical surface of the negative meniscus, in addition, the radius of the first along the path of the rays of the optical surface of a biconvex lens is in absolute value less than the radius of curvature of its second optical surface, in contrast to the known one, the following relations hold:

0,4< |R₁| /f≤0,52;0.4 <| R ₁ | / f≤0.52;

0,58≤ |R₂| /f≤2;0.58≤ | R ₂ | / f≤2;

9≤ |R₄| /f≤300,9≤ | R ₄ | / f≤300,

где: R₁, R₂, R₄ - радиусы первой, второй и четвертой оптическихwhere: R ₁ , R ₂ , R ₄ - the radii of the first, second and fourth optical

поверхностей по ходу лучей;surfaces along the rays;

На чертеже представлена оптическая схема предложенного двухлинзового объектива.The drawing shows the optical diagram of the proposed two-lens objective.

Двухлинзовый объектив состоит из расположенных по ходу лучей двояковыпуклой линзы 1 и отрицательного мениска 2, обращенного выпуклостью к изображению. Радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы 1 равен по абсолютной величине радиусу первой по ходу лучей оптической поверхности отрицательного мениска 2, кроме того, радиус первой по ходу лучей оптической поверхности двояковыпуклой линзы 1 по модулю меньше радиуса кривизны ее второй оптической поверхности. Кроме того, имеют место соотношения:A two-lens lens consists of a biconvex lens 1 and a negative meniscus 2, which is convex towards the image, located along the rays. The radius of the first along the path of the rays of the optical surface of the biconvex lens 1 is equal in absolute value to the radius of the first along the path of the optical surface of the negative meniscus 2, in addition, the radius of the first along the path of the optical surface of the biconvex lens 1 is less in magnitude than the radius of curvature of its second optical surface. In addition, the following relationships take place:

0,4< |R₁| /f≤0,52;0.4 <| R ₁ | / f≤0.52;

0,58≤ |R₂| /f≤2;0.58≤ | R ₂ | / f≤2;

9≤ |R₄| /f≤300,9≤ | R ₄ | / f≤300,

Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в двухлинзовый объектив, где проходит через линзы 1, 2 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 a two-lens lens, where it passes through lenses 1, 2 and forms an image of the object in the plane of the best installation in which an optical radiation receiver (not shown) is installed.

В соответствие с предложенным решением рассчитан двухлинзовый объектив. Двухлинзовый объектив исправлен для λ - 615 нм и ахроматизован для длин волн 540 нм и 700 нм., и может работать в качестве коллиматора, т.е. в обратном ходе лучей. Двухлинзовый объектив работает в видимом диапазоне длин волн, но может быть пересчитан и для работы в ближнем ИК - диапазоне спектра.A two-lens objective was designed in accordance with the proposed solution. The two-lens objective is corrected for λ - 615 nm and achromatized for wavelengths of 540 nm and 700 nm, and can function as a collimator, i.e. in the reverse course of the rays. A two-lens objective operates in the visible wavelength range, but can be recalculated for operation in the near-infrared range of the spectrum.

Конструктивные параметры объектива приведены в табл. 1The design parameters of the lens are given in table. one

Входной зрачок вынесен на расстояние 100 мм от первой оптической поверхности, но может быть и в другом месте.The entrance pupil is located at a distance of 100 mm from the first optical surface, but it can also be in another place.

Характеристики рассчитанного объектива:Characteristics of the calculated lens:

фокусное расстояниеfocal length 200,2 мм200.2 mm относительное отверстиеrelative aperture 1: 6,671: 6.67 задний фокальный отрезокposterior focal segment 168,18 мм168.18 mm угол поля зренияangle of view 2 град.2 deg.

В предлагаемом изобретенииIn the proposed invention

|R₁|=|R₃|=88,726| R ₁ | = | R ₃ | = 88.726

|R₁|=88,726<|R₂|=121,912;| R ₁ | = 88.726 <| R ₂ | = 121.912;

0,4< |R₁| /f=0,4432≤0,52;0.4 <| R ₁ | / f = 0.4432≤0.52;

0,58≤ |R₂| /f=0,609≤2;0.58≤ | R ₂ | / f = 0.609≤2;

9≤ |R₄| /f=77,64≤300,9≤ | R ₄ | / f = 77.64≤300,

где: R₁, R₂, R₃, R₄ - радиусы первой, второй, третьей и четвертой оптических поверхностей по ходу лучей;where: R ₁ , R ₂ , R ₃ , R ₄ - the radii of the first, second, third and fourth optical surfaces along the rays;

В табл. 2 приведены аберрации предлагаемого объектива для длины волны 615 нм.Table 2 shows the aberrations of the proposed objective for a wavelength of 615 nm.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан двухлинзовый объектив с увеличенными относительным отверстием и угловым полем в пространстве предметов при высоком качестве изображения.Thus, as a result of the proposed solution, a technical result is obtained: a two-lens objective with an increased relative aperture and an angular field in the space of objects has been created with high image quality.

Claims

A two-lens objective consisting of a biconvex lens and a negative meniscus located along the path of the rays, convex to the image, and the radius of the first along the path of the rays of the optical surface of the biconvex lens is equal in absolute value to the radius of the first along the path of the optical surface of the negative meniscus, in addition, the radius of the first along the path of the rays of the optical surface of a biconvex lens in modulus is less than the radius of curvature of its second optical surface, characterized in that the following relations take place:

0.4 <| R ₁ | / f≤0.52;

0.58≤ | R ₂ | / f≤2;

9≤ | R ₄ | / f≤300,

where R ₁ , R ₂ , R ₄ - the radii of the first, second and fourth optical surfaces along the rays;

f is the focal length of the entire lens.