RU159145U1

RU159145U1 - COLLIMATOR LENS

Info

Publication number: RU159145U1
Application number: RU2015136575/28U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Щеглов; Александр Иванович Бахалдин; Светлана Николаевна Зубок
Original assignee: Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2016-02-10

Abstract

Объектив коллиматора, содержащий первичное зеркало, выполненное в виде сплошной плоскопараллельной пластины, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие в его центральной зоне так, что периферийная часть первичного зеркала - прозрачная, вторичное зеркало, выполненное в виде сплошной плоскопараллельной пластины, на вторую со стороны источника света поверхность которой нанесено зеркальное покрытие, установленное перед первичным зеркалом так, что зеркальными поверхностями первичное и вторичное зеркала обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений, состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращённой вогнутой, второй по ходу лучей, поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы, тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне, отличающийся тем, что первая со стороны источника света плоская поверхность сплошной плоскопараллельной пластины вторичного зеркала выполнена прозрачной, тест-объект расположен на второй со стороны источника света поверхности сплошной плоскопараллельной пластины вторичного зеркала, на всю поверхность которой, кроме той части, где расположен тест-объект, нанесено зеркальное покрытие, выполненное фотовакуумным способом.A collimator lens containing a primary mirror made in the form of a continuous plane-parallel plate, on the first along the rays of the surface of which a mirror coating is applied in its central zone so that the peripheral part of the primary mirror is a transparent, secondary mirror, made in the form of a continuous plane-parallel plate, on the second from the side of the light source, the surface of which is coated with a mirror coating installed in front of the primary mirror so that the primary and secondary mirrors attached to each other, a two-lens optical element mounted behind the primary mirror from the side of the image space, consisting along the rays of a single negative lens facing concave, the second along the rays, the surface to the image space, and a single biconvex lens, test object made in the form of a transparent mark or a crosshair on an opaque background, characterized in that the first flat surface of the solid plane-parallel plate of the secondary mirror from the side of the light source is made transparent No, the test object is located on the second side of the light source of the surface of a continuous plane-parallel plate of the secondary mirror, on the entire surface of which, except for the part where the test object is located, a mirror coating is applied, made by the photovacuum method.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно, к объективам коллиматоров, работающих в видимом и ближнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использована в различных оптических приборах.The proposed utility model relates to optical instrumentation, namely, to lenses of collimators operating in the visible and near infrared wavelengths, and can be used in various optical instruments.

Известен зеркально-линзовый объектив, описанный в авторском свидетельстве СССР №535536, МПК G02B 17/00, опубликованном 15.11.1976 г. Данный объектив может работать в качестве объектива коллиматора, т.е. в обратном ходе лучей. При этом лучи идут из плоскости установки, в которой находится тест-объект. В обратном ходе лучей объектив состоит из четырех компонентов - первого, выполненного в виде мениска, обращенного выпуклостью к тест-объекту, второго компонента - выпуклого первичного зеркала, обращенного выпуклостью в сторону тест-объекта, третьего компонента - вогнутого вторичного зеркала с отверстием в центральной части, в котором находится первый компонент, причем, отражающими поверхностями зеркала обращены друг к другу, и четвертого компонента - двухлинзового оптического элемента, выполненного по ходу лучей из отрицательного одиночного мениска, обращенного выпуклостью к изображению и, расположенной за ним со стороны пространства изображений одиночной двояковыпуклой линзы, причем, второй компонент расположен между третьим и четвертым компонентами. Однако данный объектив имеет сложную конструкцию - состоит из двух зеркал и трех линз, недостаточное фокусное расстояние - 200 мм, недостаточный диаметр выходного зрачка - 100 мм и недостаточную технологичность, поскольку одно из зеркал выполнено с отверстием, что затрудняет его изготовление.A mirror lens is known, described in USSR author's certificate No. 535536, IPC G02B 17/00, published on 11/15/1976, This lens can work as a collimator lens, i.e. in reverse rays. In this case, the rays come from the plane of the installation in which the test object is located. In the reverse ray path, the lens consists of four components — the first, made in the form of a meniscus, convex to the test object, the second component, the convex primary mirror, convex towards the test object, and the third component, the concave secondary mirror with an aperture in the central part , in which the first component is located, moreover, the reflecting surfaces of the mirror are facing each other, and the fourth component is a two-lens optical element made along the rays from a negative single Nogo meniscus is convex to the image and situated behind it from the space images single biconvex lens, wherein the second component is located between the third and fourth components. However, this lens has a complex structure - it consists of two mirrors and three lenses, insufficient focal length - 200 mm, insufficient exit pupil diameter - 100 mm and insufficient manufacturability, since one of the mirrors is made with a hole, which makes it difficult to manufacture.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является объектив коллиматора, описанный в патенте РФ на изобретение №2532244, МПК G02B 27/30, 17/08, опубликованном 27.10.2014 г. Данный объектив содержит первичное зеркало, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие, вторичное зеркало с зеркальным покрытием на второй со стороны источника света поверхности, установленное перед первичным зеркалом так, что отражающими поверхностями зеркала обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений, состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы, причем первичное и вторичное зеркала выполнены в виде сплошных плоско-параллельных пластин, на первичном зеркале зеркальное покрытие нанесено в его центральной зоне, периферийная часть - прозрачная, а на первой со стороны источника света поверхности в центральной зоне вторичного зеркала расположен тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне. Однако данный объектив имеет недостаточное фокусное расстояние - 500, 36 мм, недостаточный диаметр выходного зрачка - 120 мм, недостаточное поле в пространстве изображения - 2W=2 град., сложную конструкцию и недостаточную технологичность, так как у него вторичное зеркало имеет непрозрачные покрытия с двух сторон - с одной зеркальное, а с другой непрозрачное, полученное, например, фотовакуумным способом, путем нанесения хрома.The closest analogue to the proposed technical solution is the collimator lens described in the patent of the Russian Federation for invention No. 2532244, IPC G02B 27/30, 17/08, published October 27, 2014. This lens contains a primary mirror, the first surface of which the surface is deposited a mirror coating, a secondary mirror with a mirror coating on the second surface of the light source, mounted in front of the primary mirror so that the reflective surfaces of the mirrors face each other, a two-lens optical element, are installed behind the primary mirror from the side of the image space, consisting along the rays of a single negative lens facing a concave surface to the space of images, and a single biconvex lens, the primary and secondary mirrors are made in the form of solid plane-parallel plates, on the primary mirror the mirror coating is applied in its central zone, the peripheral part is transparent, and on the first surface of the secondary mirror on the side of the light source there is a test object made in in the form of a transparent mark or a crosshair on an opaque background. However, this lens has insufficient focal length - 500, 36 mm, insufficient exit pupil diameter - 120 mm, insufficient field in the image space - 2W = 2 degrees, complicated construction and insufficient manufacturability, since its secondary mirror has opaque coatings with two sides - on the one mirror, and on the other opaque, obtained, for example, by the photo-vacuum method, by applying chromium.

Задача предлагаемой полезной модели - создание объектива коллиматора с улучшенными эксплуатационными характеристиками.The objective of the proposed utility model is the creation of a collimator lens with improved performance.

Технический результат - увеличение фокусного расстояния, диаметра выходного зрачка, углового поля в пространстве изображений при упрощенной конструкции и повышенной технологичности при сохранении высокого качества изображения.The technical result is an increase in focal length, exit pupil diameter, angular field in the space of images with a simplified design and increased adaptability while maintaining high image quality.

Это достигается тем, что в объективе коллиматора, содержащем первичное зеркало, выполненное в виде сплошной плоско-параллельной пластины, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие в его центральной зоне так, что периферийная часть - прозрачная, вторичное зеркало, выполненное в виде сплошной плоскопараллельной пластины, на вторую со стороны источника света поверхность которого нанесено зеркальное покрытие, установленное перед первичным зеркалом так, что зеркальными поверхностями первичное и вторичное зеркала обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращенной вогнутой, второй по ходу лучей, поверхностью к пространству изображений и одиночной двояковыпуклой линзы, тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне, в отличие от известного, первая со стороны источника света плоская поверхность сплошной плоско-параллельной пластины вторичного зеркала выполнена прозрачной, тест-объект расположен на второй со стороны источника света поверхности сплошной плоско-параллельной пластины вторичного зеркала, на всю поверхность которой, кроме той части, где расположен тест-объект, нанесено зеркальное покрытие, выполненное фотовакуумным способом.This is achieved by the fact that in the collimator lens containing the primary mirror, made in the form of a continuous plane-parallel plate, the first along the rays of the surface of which is coated with a mirror coating in its central zone so that the peripheral part is a transparent, secondary mirror made in the form a continuous plane-parallel plate, on the second from the side of the light source the surface of which is coated with a mirror coating, installed in front of the primary mirror so that the primary and secondary the glasses are facing each other, a two-lens optical element mounted behind the primary mirror from the side of the image space and consisting along the rays of a single negative lens facing concave, the second along the rays, the surface to the image space and a single biconvex lens, a test object made in the form of a transparent mark or a crosshair on an opaque background, in contrast to the known one, the first on the side of the light source is the flat surface of a solid plane-parallel plate of the secondary mirror Nena transparent test object is located at the second side surface of the light source continuous plane-parallel plate of the secondary mirror, the entire surface of which, except for the part where the test object deposited specular coating made photovacuum manner.

На фиг. представлена оптическая схема предложенного объектива коллиматора.In FIG. The optical scheme of the proposed collimator lens is presented.

Объектив коллиматора состоит из первичного зеркала 1, вторичного зеркала 2, двухлинзового оптического элемента, состоящего по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы 3 и одиночной двояковыпуклой линзы 4, кроме того, перед сплошной плоско-параллельной пластиной вторичного зеркала 2 находятся источник света 5 и осветитель 6. Первичное зеркало 1 выполнено в виде сплошной плоско-параллельной пластины с нанесенным зеркальным покрытием на первую по ходу лучей поверхность в ее центральной зоне, при этом периферийная ее часть - прозрачная. Вторичное зеркало 2 выполнено в виде сплошной плоско-параллельной пластины, на второй со стороны источника света поверхности которой расположен тест-объект (на фиг. не указан), выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне, который одновременно является зеркальным слоем, обращенным к зеркальной поверхности первичного зеркала 1. Двухлинзовый оптический элемент расположен за сплошной плоско-параллельной пластиной первичного зеркала 1 со стороны пространства изображений и состоит по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы 3, обращенной вогнутой, второй по ходу лучей, поверхностью к пространству изображений и одиночной двояковыпуклой линзы 4. Апертурная диафрагма - выходной зрачок (на фиг. не указан) совпадает со второй по ходу лучей поверхностью двояковыпуклой линзы 4, но может находиться и в другом месте. Источник света 5 расположен перед сплошной плоско-параллельной пластиной вторичного зеркала 2. Осветитель 6 установлен между источником света 5 и сплошной плоско-параллельной пластиной вторичного зеркала 2.The collimator lens consists of a primary mirror 1, a secondary mirror 2, a two-lens optical element, consisting along the rays of a single negative lens 3 and a single biconvex lens 4, in addition, in front of a continuous plane-parallel plate of the secondary mirror 2 there is a light source 5 and a illuminator 6 The primary mirror 1 is made in the form of a continuous plane-parallel plate with a mirror coating on the first surface along the rays in its central zone, while its peripheral part is transparent. The secondary mirror 2 is made in the form of a continuous plane-parallel plate, on the second side of the light source of the surface of which there is a test object (not shown in Fig.), Made in the form of a transparent mark or a crosshair on an opaque background, which is also a mirror layer facing to the mirror surface of the primary mirror 1. The two-lens optical element is located behind a continuous plane-parallel plate of the primary mirror 1 from the side of the image space and consists along the rays of a single image imaging lens 3, facing concave, the second along the rays, the surface to the space of images and a single biconvex lens 4. Aperture diaphragm - exit pupil (not shown in Fig.) coincides with the second along the rays surface of the biconvex lens 4, but can also be in another place. The light source 5 is located in front of the continuous plane-parallel plate of the secondary mirror 2. The illuminator 6 is installed between the light source 5 and the continuous plane-parallel plate of the secondary mirror 2.

Объектив коллиматора работает следующим образом: световой поток от источника света 5, например, светодиода, через осветитель 6, который может быть выполнен в виде плоско-параллельной пластины с матовой поверхностью, попадает на первую со стороны источника света 5 поверхность вторичного зеркала 2, выполненного в виде сплошной плоскопараллельной пластины, проходит через эту пластину в центральной зоне и попадает на тест-объект, находящийся на второй со стороны источника света 5 поверхности вторичного зеркала 2. Затем световой поток попадает на первичное зеркало 1, выполненное в виде сплошной плоско-параллельной пластины, отражается от ее центральной зеркальной зоны, идет назад, попадает на зеркальное покрытие, нанесенное на вторую со стороны источника света поверхность сплошной плоско-параллельной пластины вторичного зеркала 2 в ее периферийной зоне, обращенной к зеркальной поверхности первичного зеркала 1, отражается от этой зоны, проходит через периферийную прозрачную часть сплошной плоско-параллельной пластины первичного зеркала 1, затем последовательно проходит через одиночную отрицательную линзу 3 и одиночную двояковыпуклую линзу 4 и коллимирует в бесконечность.The collimator lens works as follows: the light flux from the light source 5, for example, an LED, through the illuminator 6, which can be made in the form of a plane-parallel plate with a matte surface, enters the first surface of the secondary mirror 2, made in in the form of a continuous plane-parallel plate, passes through this plate in the central zone and falls on a test object located on the second side of the light source 5 of the surface of the secondary mirror 2. Then the light flux enters on the primary mirror 1, made in the form of a continuous plane-parallel plate, reflected from its central mirror zone, goes back, falls on a mirror coating deposited on the second surface of the continuous plane-parallel plate of the secondary mirror 2 in its peripheral zone on the second side of the light source, facing the mirror surface of the primary mirror 1, is reflected from this zone, passes through the peripheral transparent part of a continuous plane-parallel plate of the primary mirror 1, then sequentially passes through single negative lens 3 and single biconvex lens 4 and collimates to infinity.

В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный объектив коллиматора, исправленный для длины волны 640 нм.In accordance with the proposed solution, a specific collimator lens was calculated, corrected for a wavelength of 640 nm.

Характеристики рассчитанного объектива:Characteristics of the calculated lens:

фокусное расстояние f' 600 ммfocal length f '600 mm

угловое поле в пространстве изображений 3 град,angular field in the image space of 3 degrees,

диаметр выходного зрачка 130 ммexit pupil diameter 130 mm

Конструктивные параметры объектива коллиматора приведены в таблице 1. В табл. 2 приведены аберрации для длины волны 640 нм предложенного объектива коллиматора в обратном ходе лучей при диаметре выходного зрачка 130 мм и угловом поле в пространстве изображений 2W=3 град. Предлагаемый объектив имеет увеличенное фокусное расстояние - 600 мм, увеличенный диаметр выходного зрачка - 130 мм, увеличенное угловое поле в пространстве изображений - 3 град., упрощенную конструкцию и повышенную технологичность - содержит только две поверхности с непрозрачными покрытиями вместо трех, а также имеет высокое качество изображения, что следует из табл. 2.The design parameters of the collimator lens are shown in table 1. In table. Figure 2 shows the aberrations for a wavelength of 640 nm of the proposed collimator lens in the reverse ray path with an exit pupil diameter of 130 mm and an angular field in the image space of 2W = 3 deg. The proposed lens has an increased focal length of 600 mm, an enlarged exit pupil diameter of 130 mm, an increased angular field in the image space of 3 degrees, a simplified design and improved manufacturability, it contains only two surfaces with opaque coatings instead of three, and also has high quality image that follows from the table. 2.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата - создан объектив коллиматора с увеличенным фокусным расстоянием, увеличенным диаметром выходного зрачка и увеличенным угловым полем в пространстве изображений при упрощенной конструкции и повышенной технологичности при высоком качестве изображения.Thus, as a result of the proposed solution, a technical result is ensured - a collimator lens with an increased focal length, an increased exit pupil diameter and an increased angular field in the image space is created with a simplified design and high adaptability with high image quality.

Claims

A collimator lens containing a primary mirror made in the form of a continuous plane-parallel plate, on the first along the rays of the surface of which a mirror coating is applied in its central zone so that the peripheral part of the primary mirror is a transparent, secondary mirror, made in the form of a continuous plane-parallel plate, on the second from the side of the light source, the surface of which is coated with a mirror coating installed in front of the primary mirror so that the primary and secondary mirrors attached to each other, a two-lens optical element mounted behind the primary mirror from the side of the image space, consisting along the rays of a single negative lens facing concave, the second along the rays, the surface to the image space, and a single biconvex lens, test object made in the form of a transparent mark or a crosshair on an opaque background, characterized in that the first flat surface of the solid plane-parallel plate of the secondary mirror from the side of the light source is made transparent No, the test object is located on the second side of the light source of the surface of a continuous plane-parallel plate of the secondary mirror, on the entire surface of which, except for the part where the test object is located, a mirror coating is applied, made by the photovacuum method.