RU157158U1

RU157158U1 - LENS

Info

Publication number: RU157158U1
Application number: RU2015120104/28U
Authority: RU
Inventors: Наталия Ефимовна Кунделева; Татьяна Евгеньевна Емельянова; Людмила Васильевна Анохина; Павел Ильич Мышалов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2015-11-20

Abstract

Объектив, содержащий установленные по ходу луча силовой компонент, спектроделительный блок и коррекционный компонент, силовой компонент выполнен из положительной двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и отрицательной линз, отрицательной двусклеенной линзы и одиночной положительной линзы, спектроделительный блок выполнен с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн (500...900) нм и отражения излучения длиной волны (1064±40) нм и (1530±40) нм, коррекционный компонент включает отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, отличающийся тем, что в силовом компоненте отрицательная линза положительной двусклеенной линзы выполнена плосковогнутой, отрицательная двухсклеенная линза содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, и двояковогнутую линзу, а одиночная положительная линза расположена между указанными двусклеенными линзами и выполнена двояковыпуклой, коррекционный компонент дополнен положительным мениском, обращенным вогнутой поверхностью к пространству изображений и расположенным перед отрицательным мениском с возможностью перемещения вдоль оптической оси, при этом оптическая сила коррекционного компонента по абсолютной величине составляет 0,6...0,65 оптической силы объектива.A lens containing a power component installed along the beam, a spectrodividing unit and a correction component, a power component is made of a positive double-glued lens, consisting of a biconvex and negative lenses, a negative double-glued lens and a single positive lens, the spectrodividing unit is capable of transmitting radiation in the spectral range of lengths waves (500 ... 900) nm and reflection of radiation with a wavelength of (1064 ± 40) nm and (1530 ± 40) nm, the correction component includes a negative meniscus, turned into a curved surface to the space of objects, characterized in that in the power component the negative negative positive double-glued lens is flat-concave, the negative double-glued lens contains a positive meniscus turned by the concave surface to the space of objects and a double-concave lens, and a single positive lens is located between the double-glued lenses and made biconvex, the correction component is complemented by a positive meniscus facing a concave surface to the spaces images and located in front of the negative meniscus with the ability to move along the optical axis, while the optical power of the correction component in absolute value is 0.6 ... 0.65 of the optical power of the lens.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике.The utility model relates to optical instrumentation, namely, to lenses and can be used as a lens with image formation on a CCD matrix and a photodetector.

Известен объектив [1] из пяти компонентов и спектроделительного блока, выполненного с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны 1067 нм или 1570 нм, расположенного на оптической оси объектива между четвертым и пятым компонентами, первый компонент выполнен в виде отрицательного двусклеенного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй компонент содержит положительную линзу, третий компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, четвертый компонент содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, пятый компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, установленной с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси. Данная конструкция объектива обеспечивает высокое качество изображений в широком спектральной диапазоне, а также возможность одновременной регистрации изображения на ПЗС-матрице и фотоприемнике. Недостатком объектива является его большая длина: расстояние от первой поверхности объектива до плоскости изображений составляет 1,7 фокусного расстояния объектива.A known lens [1] of five components and a spectrodivision unit, configured to transmit radiation in the spectral range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and reflect radiation of a wavelength of 1067 nm or 1570 nm, located on the optical axis of the lens between the fourth and fifth components, the first component is made in the form of a negative two-glued meniscus facing a concave surface to the space of objects, the second component contains a positive lens, the third component is a negative meniscus facing that surface of the space image, the fourth component comprises a positive meniscus concave surface facing to the image space, the fifth component is in the form of a positive lens dvuskleennoy mounted for quotation displacement along the optical axis. This lens design provides high quality images in a wide spectral range, as well as the ability to simultaneously register images on a CCD and photodetector. The disadvantage of the lens is its long length: the distance from the first surface of the lens to the image plane is 1.7 of the focal length of the lens.

Наиболее близким к предлагаемому объективу является объектив [2], состоящий из силового и коррекционного компонентов, силовой компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отрицательной двусклеенной линзы, состоящей из отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, и положительного мениска, и одиночного положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству изображений, коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, а также содержит спектроделительный блок, выполненный с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны 1064 нм или 1570 нм.Closest to the proposed lens is a lens [2], consisting of power and correction components, the power component is made in the form of a positive double-glued lens, consisting of a biconvex and biconcave lenses, a negative double-glued lens, consisting of a negative meniscus facing a concave surface to the image space, and a positive meniscus, and a single positive meniscus facing a concave surface to the image space, the correction component is made in the form of the tertiary meniscus facing a concave surface to the space of objects, and also contains a spectrodividing unit configured to transmit radiation in the spectral range from 500 nm to 900 nm and reflect radiation at a wavelength of 1064 nm or 1570 nm.

Данная конструкция объектива имеет небольшую длину, не превышающую 1,1 фокусного расстояния объектива и высокое качество изображения в широком спектральном диапазоне от 500 нм до 900 нм для пространственной частоты N=60 мм^-1. Однако, создание ПЗС-матриц с размером пиксела менее 6 мкм требует от объектива высокого качества изображений на высоких частотах (не менее 85 мм^-1).This lens design has a small length not exceeding 1.1 of the focal length of the lens and high image quality in a wide spectral range from 500 nm to 900 nm for a spatial frequency of N = 60 mm ^-1 . However, the creation of CCD arrays with a pixel size of less than 6 microns requires a high-quality image at high frequencies (at least 85 mm ^-1 ) from the lens.

Задачей полезной модели является повышение качества изображения в спектральном диапазоне длин волн λ=500 нм …900 нм за счет увеличения коэффициентов передачи модуляции по всему полю зрения для пространственных частот до 90 мм^-1 при сохранении небольшой длины объектива.The objective of the utility model is to improve image quality in the spectral range of wavelengths λ = 500 nm ... 900 nm by increasing the modulation transmission coefficients across the entire field of view for spatial frequencies up to 90 mm ^-1 while maintaining a small lens length.

Сущность полезной модели заключается в том, что объектив содержит установленные по ходу луча силовой компонент, спектроделительный блок и коррекционный компонент, силовой компонент выполнен из положительной двусклеенной линзы, сосоящей из двояковыпуклой и отрицательной линз, отрицательной двусклеенной линзы и одиночной положительной линзы, спектроделительный блок выполнен с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн (500…900)нм и отражения излучения длиной волны (1064±40)нм и (1530±40)нм, коррекционный компонент включает отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, в отличие от прототипа, в силовом компоненте отрицательная линза положительной двусклеенной линзы выполнена плосковогнутой, отрицательная двухсклеенная линза содержит положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, и двояковогнутую линзу, а одиночная положительная линза расположена между указанными двусклеенными линзами и выполнена двояковыпуклой, коррекционный компонент дополнен положительным мениском, обращенным вогнутой поверхностью к пространству изображений и расположенным перед отрицательным мениском с возможностью перемещения вдоль оптической оси, при этом оптическая сила коррекционного компонента по абсолютной величине составляет 0,6…0,65 оптической силы объектива.The essence of the utility model is that the lens contains a power component installed along the beam, a spectrodividing unit and a correction component, the power component is made of a positive double-glued lens, sucking from a biconvex and negative lenses, a negative double-glued lens and a single positive lens, the spectro-splitting block is made with the possibility of transmitting radiation in the spectral range of wavelengths (500 ... 900) nm and reflecting radiation with a wavelength of (1064 ± 40) nm and (1530 ± 40) nm, the correction component in the negative meniscus facing the concave surface to the space of objects, in contrast to the prototype, in the power component the negative negative two-glued lens is flat-concave, the negative two-glued lens contains the positive meniscus facing the concave surface and the biconcave lens, and a single positive lens is located between these double-glued lenses and is biconvex, the correction component is supplemented with a positive meniscus, schennym concave surface to the image space, and arranged in front of the negative meniscus to move along the optical axis, the optical power of a corrective component in absolute value of 0.6 ... 0.65 lens optical power.

Выполнение в силовом компоненте отрицательной линзы в положительной двусклеенной линзе в виде плосковогнутой линзы, а также положительной линзы в отрицательной двусклеенной линзе в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, отрицательной линзы в отрицательной двусклеенной линзе в виде двояковогнутой линзы, одиночной положительной линзы в виде двояковыпуклой линзы, и расположение ее между двусклеенными линзами, а также дополнение коррекционного компонента положительным мениском, обращенным вогнутой поверхностью к пространству изображений и расположенным перед отрицательным мениском этого компонента, позволило улучшить качество изображения как для точки на оси, уменьшив сферическую аберрацию, так и для поля зрения 2W=3,7°, уменьшив астигматизм и аберрации широких наклонных пучков, повысив тем самым коэффициенты передачи модуляции для частот до 90 мм^-1. Выбор оптической силы коррекционного компонента по абсолютной величине не более 0,65 и не менее 0,6 оптической силы объектива позволил сохранить длину объектива от первой поверхности до плоскости изображений не более 1,1 фокусного расстояния объектива.The implementation in the power component of a negative lens in a positive double-glued lens in the form of a flat-concave lens, as well as a positive lens in a negative double-glued lens in the form of a meniscus facing a concave surface to the space of objects, a negative lens in a negative double-glued lens in the form of a double-concave lens, a single positive lens in the form biconvex lens, and its location between the double-glued lenses, as well as the addition of the correction component to the positive meniscus, facing the concave by the surface to the image space and located in front of the negative meniscus of this component, it was possible to improve image quality both for a point on the axis, reducing spherical aberration and for the field of view 2W = 3.7 °, reducing astigmatism and aberrations of wide inclined beams, thereby increasing the coefficients modulation transmissions for frequencies up to 90 mm ^-1 . The choice of the optical power of the correction component in terms of absolute value of not more than 0.65 and not less than 0.6 of the optical power of the lens made it possible to keep the lens length from the first surface to the image plane of not more than 1.1 of the focal length of the lens.

Установка положительного мениска коррекционного компонента с возможностью перемещения вдоль оптической оси, позволяет эффективно использовать его для фокусировки объектива от 50 м до бесконечности при сохранении высокого качества изображений по всему полю.The installation of a positive meniscus of the correction component with the ability to move along the optical axis makes it possible to effectively use it to focus the lens from 50 m to infinity while maintaining high quality images throughout the field.

Наличие спектроделительного блока, расположенного между силовым и коррекционным компонентами, выполненного с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне от 500 нм до 900 нм и отражения излучение с длиной волны (1540±40)нм или (1064±40)нм позволяет использовать объектив как для формирования изображения на ПЗС-матрице, так и для регистрации возвратного излучения лазерного дальномера на площадке фотоприемника.The presence of a spectrodividing unit located between the power and correction components, made with the possibility of transmitting radiation in the spectral range from 500 nm to 900 nm and reflecting radiation with a wavelength of (1540 ± 40) nm or (1064 ± 40) nm allows you to use the lens as for the formation image on the CCD, and for recording the return radiation of a laser rangefinder at the site of the photodetector.

Предлагаемый объектив имеет: фокусное расстояние 215 мм, относительное отверстие 1:3,9, входной зрачок диаметром 55 мм, расположенный на расстоянии 100 мм от первой поверхности объектива, спектральный диапазон от 500 нм до 900 нм.The proposed lens has: a focal length of 215 mm, a relative aperture of 1: 3.9, an entrance pupil with a diameter of 55 mm, located at a distance of 100 mm from the first surface of the lens, a spectral range from 500 nm to 900 nm.

Объектив имеет высокое качество изображений: полихроматические коэффициенты передачи модуляции (T) для пространственной частоты N=90 мм^-1 в точке на оси не менее 0,67, на краю поля зрения 2W=3,7° не менее 0,6.The lens has high image quality: polychromatic modulation transmission coefficients (T) for the spatial frequency N = 90 mm ^-1 at a point on the axis of at least 0.67, at the edge of the field of view 2W = 3.7 ° at least 0.6.

На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого объектива.In FIG. 1 shows an optical diagram of the proposed lens.

На фиг. 2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики стекол, где R-радиусы кривизны поверхностей линз, D - расстояния между поверхностями линз, n_e - показатель преломления стекол линз для линии e (λ=546 нм), ν_e - число Аббе для линии е.In FIG. Figure 2 shows the design parameters of the objective lenses and the characteristics of glasses, where R is the radius of curvature of the lens surfaces, D is the distance between the lens surfaces, n _e is the refractive index of the lens glasses for line e (λ = 546 nm), ν _e is the Abbe number for line e .

На фиг. 3 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) для точки на оси.In FIG. Figure 3 shows a graph of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for a point on the axis.

На фиг. 4 приведен график расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) для точки на краю поля зрения 2W=3,7°.In FIG. Figure 4 shows a graph of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for a point on the edge of the field of view 2W = 3.7 °.

Частотно-контрастные характеристики объектива (T) рассчитаны в соответствии с таблицей коэффициентов спектральной эффективности актиничного потока излучения (C), приведенной нижеThe frequency-contrast characteristics of the lens (T) are calculated in accordance with the table of the spectral efficiency coefficients of the actinic radiation flux (C) below

Объектив (фиг. 1) состоит из силового компонента, коррекционного компонента, и спектроделительного блока 6, расположенного между ними. Силовой компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы 1 и отрицательной линзы 2, выполненной плоско-вогнутой, двояковыпуклую линзу 3 и отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из положительного мениска 4, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и двояковогнутой линзы 5. Коррекционный компонент содержит положительный мениск 7, обращенный вогнутой поверхностью к пространству изображений, и отрицательный мениск 8, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов. Оптическая сила всего коррекционного компонента равна -0,0028 мм^-1, что составляет 0,602 оптической силы объектива по абсолютной величине. Положительный мениск 7 коррекционного компонента установлен с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси. Для фокусировки на 50 м коррекционный компонент перемещается на 0,96 мм по направлению к спектроделительному блоку, при этом сохраняется высокое качество изображений по всему полю.The lens (Fig. 1) consists of a power component, a correction component, and a spectrodividing unit 6 located between them. The power component contains a positive two-glued lens, consisting of a biconvex lens 1 and a negative lens 2, made flat-concave, a biconvex lens 3, and a negative two-glued lens, consisting of a positive meniscus 4, facing a concave surface to the space of objects, and a biconcave lens 5. Correction component contains a positive meniscus 7 facing a concave surface to the space of images, and a negative meniscus 8 facing a concave surface to the space of objects. The optical power of the entire correction component is -0.0028 mm ^-1 , which is 0.602 of the optical power of the lens in absolute value. The positive meniscus 7 of the correction component is installed with the possibility of quotation movements along the optical axis. To focus on 50 m, the correction component moves 0.96 mm toward the spectrodividing unit, while maintaining high image quality throughout the field.

Между силовым и коррекционным компонентами расположен спектроделительный блок 6, пропускающий излучение в спектральном диапазоне λ=500 нм…900 нм и отражающий излучение с длиной волны (1064±40) нм или (1530±40) нм. Объектив содержит светофильтр 9, выделяющий спектральный диапазон в соответствии с таблицей. При расчете объектива учтена толщина защитного стекла ПЗС-матрицы. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения ПЗС-матрицы по оптической оси равна 228,6 мм, что составляет 1,06 фокусного расстояния объектива.Between the power and correction components there is a spectro-splitting unit 6, which transmits radiation in the spectral range λ = 500 nm ... 900 nm and reflects radiation with a wavelength of (1064 ± 40) nm or (1530 ± 40) nm. The lens contains a filter 9, highlighting the spectral range in accordance with the table. When calculating the lens, the thickness of the protective glass of the CCD matrix was taken into account. The length of the lens from the first surface to the image plane of the CCD matrix along the optical axis is 228.6 mm, which is 1.06 of the focal length of the lens.

Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики (T) для точки на оси и для края поля зрения 2W=3,7°, приведенные на фиг. 3, 4 подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения.The plots of the polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for the point on the axis and for the edge of the field of view 2W = 3.7 ° shown in FIG. 3, 4 confirm that the lens has good image quality over the entire field of view.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=3,7° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 55 мм, удаленный на расстояние 100 мм от первой поверхности объектива, и, преломившись через поверхности линз 1, 2, 3, 4, 5 попадает в спектроделительный блок 6, после которого излучение с длинами волн λ=500 нм …900 нм попадает на линзы 7 и 8, преломляется через их поверхности, проходит через светофильтр 9, и фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица. Пучок лучей с длиной волны (1064±40) нм или (1530±40) нм отражается от грани спектроделительного блока 6 и фокусируется на площадке фотоприемника.The lens works as follows: a parallel beam of light with a field of view angle of 2W = 3.7 ° passes through the entrance pupil of the lens, 55 mm in diameter, distant 100 mm from the first surface of the lens, and, being refracted through the lens surfaces 1, 2, 3, 4, 5 gets into the spectrodividing unit 6, after which radiation with wavelengths λ = 500 nm ... 900 nm falls on the lenses 7 and 8, refracts through their surfaces, passes through the filter 9, and focuses in the image plane where the CCD matrix is located . A beam of rays with a wavelength of (1064 ± 40) nm or (1530 ± 40) nm is reflected from the edge of the spectrodividing unit 6 and is focused on the site of the photodetector.

Источники информацииInformation sources

1. BY 6385 C1 (ОАО «Пеленг») 2004.09.30, весь документ1. BY 6385 C1 (Peleng OJSC) 2004.09.30, the whole document

2. BY 4083 U (ОАО «Пеленг») 2007.12.30, весь документ - Прототип2. BY 4083 U (OJSC "Peleng") 2007.12.30, whole document - Prototype

Claims

A lens containing a power component installed along the beam, a spectrodividing unit and a correction component, a power component is made of a positive double-glued lens, consisting of a biconvex and negative lenses, a negative double-glued lens and a single positive lens, the spectrodividing unit is capable of transmitting radiation in the spectral range of lengths waves (500 ... 900) nm and reflection of radiation with a wavelength of (1064 ± 40) nm and (1530 ± 40) nm, the correction component includes a negative meniscus, turned into a curved surface to the space of objects, characterized in that in the power component the negative negative positive double-glued lens is flat-concave, the negative double-glued lens contains a positive meniscus turned by the concave surface to the space of objects and a double-concave lens, and a single positive lens is located between the double-glued lenses and made biconvex, the correction component is complemented by a positive meniscus facing a concave surface to the spaces images and located in front of the negative meniscus with the ability to move along the optical axis, while the optical power of the correction component in absolute value is 0.6 ... 0.65 of the optical power of the lens.