RU2851162C1 - Lens for ultraviolet spectrum - Google Patents
Lens for ultraviolet spectrumInfo
- Publication number
- RU2851162C1 RU2851162C1 RU2025121505A RU2025121505A RU2851162C1 RU 2851162 C1 RU2851162 C1 RU 2851162C1 RU 2025121505 A RU2025121505 A RU 2025121505A RU 2025121505 A RU2025121505 A RU 2025121505A RU 2851162 C1 RU2851162 C1 RU 2851162C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- spectrum
- components
- ultraviolet
- negative
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве приемного объектива в оптико-электронных приборах, работающих в ультрафиолетовой области спектра с нижней границей до 0,15 мкм, и реализованного без использования сложных асферических поверхностей.The proposed invention relates to the field of optical-electronic technology and can be used as a receiving lens in optical-electronic devices operating in the ultraviolet region of the spectrum with a lower limit of up to 0.15 μm, and implemented without the use of complex aspherical surfaces.
Известен объектив ультрафиолетового диапазона спектра, предназначенный для работы с фотоприемником на основе AlGaN формата 320×240 элементов с шагом 30 мкм, разработанный в ОАО «НПО «Орион» (Колесова А.А., Полесский А.В., Хамидуллин К.А., Юдовская А.Д. Разработка и исследование объектива ультрафиолетового диапазона спектра. Прикладная физика, №5, 2013). Объектив состоит из двух склеенных компонентов, имеет значительную осевую толщину линз, что позволяет достигнуть необходимой степени аберрационной коррекции (патент RU №127206 U1, опубл. 20.04.2013). Первый компонент состоит из двояковыпуклой линзы и мениска, обращенного выпуклой стороной к пространству изображений, а второй - из мениска, обращенного выпуклой стороной к пространству предметов, и двояковыпуклой линзы. Материалы первой и четвертой, и второй и третьей линз попарно одинаковы, при этом отношение толщины каждой линзы к ее световому диаметру не меньше 0,45, отношение оптической силы первой группы линз к оптической силе второй группы линз больше 1,4, но меньше 1,6, отношение коэффициента дисперсии первой и четвертой линзы к коэффициенту дисперсии второй и третьей линз больше 1,4, но меньше 1,6.A UV lens is known for use with a photodetector based on AlGaN with a 320x240 element format and a 30 μm pitch. It was developed at Orion Research and Production Association (Kolesova, A.A., Poleskiy, A.V., Khamidullin, K.A., Yudovskaya, A.D. Development and Research of an Ultraviolet Lens. Applied Physics, No. 5, 2013). The lens consists of two cemented components and has a significant axial thickness of the lenses, which allows for the required degree of aberration correction to be achieved (RU patent No. 127206 U1, published on April 20, 2013). The first component consists of a biconvex lens and a meniscus with its convex side facing the image space, while the second component consists of a meniscus with its convex side facing the object space and a biconvex lens. The materials of the first and fourth, and the second and third lenses are pairwise identical, while the ratio of the thickness of each lens to its light diameter is not less than 0.45, the ratio of the optical power of the first group of lenses to the optical power of the second group of lenses is greater than 1.4, but less than 1.6, the ratio of the dispersion coefficient of the first and fourth lenses to the dispersion coefficient of the second and third lenses is greater than 1.4, but less than 1.6.
Объектив имеет фокусное расстояние 70 мм, линейное поле зрения 9 мм, относительное отверстие 1:2,5, спектральный диапазон 270÷400 нм, входной зрачок расположен на первой поверхности.The lens has a focal length of 70 mm, a linear field of view of 9 mm, a relative aperture of 1:2.5, a spectral range of 270÷400 nm, and an entrance pupil located on the first surface.
Расчетный размер пятна рассеяния для точки на оси по уровню энергии 90% в спектральном диапазоне 240÷280 нм составляет 50,5 мкм.The calculated scattering spot size for a point on the axis at an energy level of 90% in the spectral range of 240÷280 nm is 50.5 µm.
Недостатком этого ультрафиолетового объектива является малое линейного поле зрения и ограничение величины нижней границы ультрафиолетового диапазона спектра, начинающееся с 240 нм.The disadvantage of this ultraviolet lens is the small linear field of view and the limitation of the lower limit of the ultraviolet range of the spectrum, starting at 240 nm.
Известен объектив анастигмат для ультрафиолетовой области спектра (авторское свидетельство №905790, опубл. 15.02.1982), содержащий две одиночные положительные линзы, отрицательную линзу, расположенную между ними, положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения и установленный за первой положительной линзой, и отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения и установленный за отрицательной линзой.An anastigmat objective for the ultraviolet region of the spectrum is known (author's certificate No. 905790, published on 15.02.1982), containing two single positive lenses, a negative lens located between them, a positive meniscus with its concavity facing the image space and installed behind the first positive lens, and a negative meniscus with its concavity facing the image space and installed behind the negative lens.
Объектив имеет фокусное расстояние 50 мм, относительное отверстие 1:5, угол поля зрения 31° и диапазон спектра 200÷400 нм.The lens has a focal length of 50 mm, a relative aperture of 1:5, a field of view of 31° and a spectral range of 200÷400 nm.
Недостатком этого ультрафиолетового объектива является малое значение светосилы объектива и ограничение величины нижней границы ультрафиолетового диапазона спектра, начинающееся с 200 нм.The disadvantage of this ultraviolet lens is the low aperture value of the lens and the limitation of the lower limit of the ultraviolet range of the spectrum, starting at 200 nm.
Известен светосильный объектив для ультрафиолетовой области спектра (патент RU №2040804 С1, опубл. 25.07.1995), содержащий последовательно установленные на оптической оси семь компонентов - первый положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй положительный и отрицательный мениски, обращенные вогнутостью к предмету, первую положительную двояковыпуклую линзу, отрицательную двояковогнутую линзу, вторую двояковыпуклую положительную линзу и третий положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.A high-aperture lens for the ultraviolet region of the spectrum is known (patent RU No. 2040804 C1, published July 25, 1995), containing seven components sequentially mounted on the optical axis - the first positive meniscus, facing concavely towards the image, the second positive and negative meniscus, facing concavely towards the object, the first positive biconvex lens, the negative biconcave lens, the second biconvex positive lens and the third positive meniscus, facing concavely towards the image.
Объектив имеет фокусное расстояние 40 мм, относительное отверстие 1:1,4, угол поля зрения 25°, эффективные кружки рассеяния, не превышающие 30 мкм, и диапазон спектра 330÷400 нм.The lens has a focal length of 40 mm, a relative aperture of 1:1.4, a field of view of 25°, effective scattering circles not exceeding 30 µm, and a spectral range of 330÷400 nm.
Недостатком этого ультрафиолетового объектива является малое угловое поле зрения, большое число оптических элементов и ограничение величины нижней границы ультрафиолетового диапазона спектра, начинающееся с 330 нм.The disadvantage of this ultraviolet lens is the small angular field of view, a large number of optical elements and a limited lower limit of the ultraviolet spectrum, starting at 330 nm.
Наиболее близким по технической сущности является объектив для ультрафиолетовой области спектра (Турбин А.В., Рафаилович А.С., Алдохин П.А. Объектив для ультрафиолетовой области спектра. // ГЕОСИБИРЬ - 2011, Т.5, №1, с. 81-84.), выполненный на основе двух оптических материалов, кварцевого стекла КУ2 и кристаллов фтористого лития и содержащий шесть последовательно расположенных на оптической оси компонентов. Первый и пятый компоненты представляют собой положительные двояковыпуклые линзы, второй компонент -отрицательную двояковогнутую линзу, третий, четвертый и шестой компоненты представляют собой отрицательные мениски, обращенные вогнутостью к изображению. Апертурной диафрагмой является оправа первого компонента объектива.The closest in technical essence is the objective lens for the ultraviolet region of the spectrum (Turbin A.V., Rafailovich A.S., Aldokhin P.A. Objective lens for the ultraviolet region of the spectrum. // GEOSIBERIA - 2011, Vol.5, No.1, pp. 81-84.), made on the basis of two optical materials, KU2 quartz glass and lithium fluoride crystals and containing six components sequentially located on the optical axis. The first and fifth components are positive biconvex lenses, the second component is a negative biconcave lens, the third, fourth and sixth components are negative menisci, with the concavity facing the image. The aperture diaphragm is the frame of the first component of the objective lens.
Объектив имеет фокусное расстояние 100 мм, относительное отверстие 1:3, линейное поле зрения 18 мм, пятно рассеивания в центре поля зрения не более 13 мкм, на краю поля зрения не более 30 мкм и диапазон спектра 290÷400 нм.The lens has a focal length of 100 mm, a relative aperture of 1:3, a linear field of view of 18 mm, a scattering spot in the center of the field of view of no more than 13 µm, at the edge of the field of view of no more than 30 µm and a spectral range of 290÷400 nm.
Недостатком этого ультрафиолетового объектива является малое значение светосилы объектива и ограничение величины нижней границы ультрафиолетового диапазона спектра, начинающееся с 290 нм.The disadvantage of this ultraviolet lens is the low aperture value of the lens and the limitation of the lower limit of the ultraviolet range of the spectrum, starting at 290 nm.
Задачей настоящего изобретения является повышение светосилы объектива и снижение нижней границы ультрафиолетового диапазона спектра до 155 нм.The objective of the present invention is to increase the aperture ratio of the lens and reduce the lower limit of the ultraviolet range of the spectrum to 155 nm.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в объективе для ультрафиолетовой области спектра, выполненном из двух оптических материалов и содержащем шесть компонентов, первый из которых представляет собой положительную двояковыпуклую линзу, второй - отрицательную двояковогнутую линзу, шестой - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, в отличие от известного, третий и четвертый компоненты представляют собой положительные двояковыпуклые линзы, пятый компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, апертурная диафрагма расположена между первым и вторым компонентом, при этом использованы оптические материалы фтористый магний MgF2 и фтористый барий BaF2 и имеют место соотношения:The technical result, determined by the task, is achieved by the fact that in the objective for the ultraviolet region of the spectrum, made of two optical materials and containing six components, the first of which is a positive biconvex lens, the second is a negative biconcave lens, the sixth is a negative meniscus facing concavely to the image, in contrast to the known, the third and fourth components are positive biconvex lenses, the fifth component is a negative meniscus facing concavely to the object, the aperture diaphragm is located between the first and second components, while the optical materials magnesium fluoride MgF 2 and barium fluoride BaF 2 are used and the following relationships take place:
n1=n3=n4;n 1 =n 3 =n 4 ;
n2=n5=n6,n 2 =n 5 =n 6 ,
где: n1…6 - показатель преломления соответствующего компонента.where: n 1…6 is the refractive index of the corresponding component.
Схема объектива для ультрафиолетовой области спектра показана на фигуре 1.The diagram of the lens for the ultraviolet region of the spectrum is shown in Figure 1.
Объектив для ультрафиолетовой области спектра состоит по ходу лучей из положительной двояковыпуклой линзы 1, отрицательной двояковогнутой линзы 2, положительных двояковыпуклых линз 3 и 4, отрицательных менисков 5 и 6, защитного стекла фотокатода 7 и апертурной диафрагмы 8.The objective for the ultraviolet region of the spectrum consists, along the path of the rays, of a positive biconvex lens 1, a negative biconcave lens 2, positive biconvex lenses 3 and 4, negative menisci 5 and 6, protective glass of the photocathode 7 and an aperture diaphragm 8.
Конструктивные параметры объектива для ультрафиолетовой области спектра приведены в таблице.The design parameters of the lens for the ultraviolet spectrum are given in the table.
Параметры объектива для ультрафиолетовой области спектра следующие:The lens parameters for the ultraviolet region of the spectrum are as follows:
- рабочий спектральный диапазон: 155…260 нм;- working spectral range: 155…260 nm;
- фокусное расстояние: 30 мм;- focal length: 30 mm;
- угловое поле зрения: 33°;- angular field of view: 33°;
- линейное поле зрения: 18,0 мм;- linear field of view: 18.0 mm;
- относительное отверстие: 1:2,8;- relative aperture: 1:2.8;
- дисторсия: не более 1,6%;- distortion: no more than 1.6%;
- виньетирование: не более 25%;- vignetting: no more than 25%;
- длина по оптической оси: 33,2 мм;- length along the optical axis: 33.2 mm;
- вес оптических элементов: 21 г.- weight of optical elements: 21 g.
Принцип действия объектива для ультрафиолетовой области спектра заключается в следующем:The operating principle of the lens for the ultraviolet region of the spectrum is as follows:
Параллельные пучки света проходят через первый компонент 1, выполненный в виде положительной двояковыпуклой линзы, и попадают на апертурную диафрагму 8, формирующую входной зрачок объектива в пространстве предметов. После прохождения апертурной диафрагмы 8 свет проходит через отрицательную двояковогнутую линзу 2, положительные двояковыпуклые линзы 3 и 4, и после отрицательных менисков 5 и 6 попадают на защитное стекло фотокатода 7. Снижение нижней границы ультрафиолетового диапазона спектра до 155 нм обеспечивается применением двух оптических материалов - фтористого магния MgF2 и фтористого бария BaF2, исправление аберраций достигается комбинацией материалов, при которой имеют место соотношения:Parallel beams of light pass through the first component 1, made in the form of a positive biconvex lens, and hit the aperture diaphragm 8, which forms the entrance pupil of the lens in the object space. After passing the aperture diaphragm 8, the light passes through the negative biconcave lens 2, positive biconvex lenses 3 and 4, and after the negative meniscus 5 and 6 hit the protective glass of the photocathode 7. The reduction of the lower limit of the ultraviolet spectrum to 155 nm is ensured by the use of two optical materials - magnesium fluoride MgF 2 and barium fluoride BaF 2 , the correction of aberrations is achieved by a combination of materials, in which the following relationships hold:
n1=n3=n4;n 1 =n 3 =n 4 ;
n2=n5=n6,n 2 =n 5 =n 6 ,
где: n1…6 - показатель преломления соответствующего компонента.where: n 1…6 is the refractive index of the corresponding component.
Такой объектив для ультрафиолетовой области спектра обеспечивает построение изображения с нижней границей спектрального диапазона до 155 нм, а расположение апертурной диафрагмы между первым и вторым компонентами позволяет повысить относительное отверстие до величины 1:2,8.This lens for the ultraviolet region of the spectrum enables imaging with a lower limit of the spectral range of up to 155 nm, and the location of the aperture diaphragm between the first and second components allows for an increase in the relative aperture to a value of 1:2.8.
Расчет качества изображения объектива для ультрафиолетовой области спектра проведен для применения с матричным фотоприемником, который имеет диаметр фотокатода ∅18 мм, разрешающую способность 40 штр/мм в спектральном диапазоне 155÷260 нм. Расчетные значения контрастных характеристик - коэффициентов передачи контраста (КПК) объектива для ультрафиолетовой области спектра в плоскости наилучшей установки (d14=4,355 мм) для пространственной частоты 30 штр/мм следующие:The image quality of the objective lens for the ultraviolet spectral region was calculated for use with a matrix photodetector with a photocathode diameter of ∅18 mm and a resolution of 40 lp/mm in the spectral range of 155–260 nm. The calculated values of the contrast characteristics—the contrast transfer coefficients (CTCs)—of the objective lens for the ultraviolet spectral region in the plane of best alignment (d14=4.355 mm) for a spatial frequency of 30 lp/mm are as follows:
- для точки на оси: КПК=33%;- for a point on the axis: CPC=33%;
- для точки поля ∅10,5 мм (20°): КПК м=22%, КПК с=24%.- for a field point of ∅10.5 mm (20°): KPK m = 22%, KPK s = 24%.
- для крайней точки поля ∅17,5 мм (33°): КПК м=10%, КПК с=14%.- for the extreme point of the field ∅17.5 mm (33°): KPK m = 10%, KPK s = 14%.
Как видно из расчетов, объектив для ультрафиолетовой области спектра обеспечивает работу в спектральном диапазоне от 155 до 260 нм и приемлемый уровень качества изображения.As can be seen from the calculations, the lens for the ultraviolet region of the spectrum provides operation in the spectral range from 155 to 260 nm and an acceptable level of image quality.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2851162C1 true RU2851162C1 (en) | 2025-11-19 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1527604A1 (en) * | 1988-03-17 | 1989-12-07 | Предприятие П/Я В-8450 | Fast lens |
| JP2009216858A (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Fujinon Corp | Imaging lens and imaging apparatus |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1527604A1 (en) * | 1988-03-17 | 1989-12-07 | Предприятие П/Я В-8450 | Fast lens |
| JP2009216858A (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Fujinon Corp | Imaging lens and imaging apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102033316B (en) | Long-wave long-focus uncooled thermalization-free infrared optical system | |
| RU2386155C1 (en) | Large-aperture lens | |
| RU2451312C1 (en) | Objective lens | |
| RU2851162C1 (en) | Lens for ultraviolet spectrum | |
| RU2396581C1 (en) | Large-aperture lens | |
| RU204248U1 (en) | LENS | |
| RU163268U1 (en) | TWO-LENS LENS | |
| RU2351967C1 (en) | Fast lens | |
| RU2738341C1 (en) | Lens with a spectro-splitting unit | |
| RU195924U1 (en) | LENS | |
| RU2308063C1 (en) | Fast high-speed lens | |
| RU2445659C1 (en) | Large-aperture lens | |
| RU88821U1 (en) | LENS | |
| RU77457U1 (en) | LENS | |
| RU2377618C1 (en) | Lens | |
| RU217209U1 (en) | LENS FOR SHORTWAVE INFRARED SPECTRUM | |
| RU2092880C1 (en) | Ocular | |
| RU108649U1 (en) | LIGHT LIGHT | |
| RU2412455C1 (en) | Four-element lens | |
| RU2802801C1 (en) | Lens system for shortwave infrared spectrum | |
| RU204540U1 (en) | LENS | |
| RU2386988C1 (en) | Lens | |
| RU126479U1 (en) | LIGHT LIGHT | |
| RU157161U1 (en) | LENS | |
| RU2359293C1 (en) | Large aperture lens system |