RU216394U1

RU216394U1 - EXTENDED TELECENTRIC LENS

Info

Publication number: RU216394U1
Application number: RU2022129186U
Authority: RU
Inventors: Денис Юрьевич Васильев; Марина Юрьевна Воронько; Денис Алексеевич Егошин; Виталий Петрович Козырев; Виктор Иванович Курт
Filing date: 2022-11-09
Publication date: 2023-02-01

Abstract

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в качестве объектива коллиматора в составе испытательной аппаратуры для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальных матриц. Телецентрический объектив с вынесенным зрачком состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси четырех компонентов, первый и третий из которых выполнены в виде двояковыпуклой линзы, второй выполнен в виде двояковогнутой линзы, четвертый отрицательный компонент содержит первую положительную и вторую отрицательную выпукло-вогнутые линзы, разделенные воздушным промежутком. За счет выбора конструктивного исполнения компонентов и их взаимного расположения достигается увеличение диаметра входного зрачка за счет увеличения относительного отверстия объектива при обеспечении высокого качества изображения в пределах всего поля зрения. 4 ил., 2 табл.

The utility model relates to optical instrumentation and can be used as a collimator lens as part of test equipment for simulating a phono-target environment based on micromirror arrays. A telecentric lens with an extended pupil consists of four components sequentially arranged along the optical axis, the first and third of which are made in the form of a biconvex lens, the second is made in the form of a biconcave lens, the fourth negative component contains the first positive and second negative convex-concave lenses separated by an air gap . By choosing the design of the components and their mutual arrangement, an increase in the diameter of the entrance pupil is achieved by increasing the relative aperture of the lens while ensuring high image quality within the entire field of view. 4 ill., 2 tab.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в качестве объектива коллиматора в составе испытательной аппаратуры для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальных матриц.The utility model relates to optical instrumentation and can be used as a collimator lens as part of test equipment for simulating a phono-target environment based on micromirror arrays.

Известен объектив с вынесенным зрачком (патент SU 1280558, МПК⁷ G02B 9/34, опубл. 30.12.1986 г.), содержащий отрицательный мениск, положительный мениск и две положительные линзы, склеенные из двояковогнутых линз и отрицательных менисков. Объектив предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,5…0,8 мкм; фокусное расстояние объектива f''=180 мм; относительное отверстие 1:3,6; диаметр входного зрачка D=50 мм; угловое поле зрения 2ω=2°. Вынос входного зрачка от первой поверхности составляет 140 мм.A lens with a remote pupil is known (patent SU 1280558, IPC ⁷ G02B 9/34, publ. 12/30/1986), containing a negative meniscus, a positive meniscus and two positive lenses glued from biconcave lenses and negative menisci. The lens is designed to operate in the spectral range of 0.5…0.8 µm; lens focal length f''=180 mm; relative aperture 1:3.6; entrance pupil diameter D=50 mm; angular field of view 2ω=2°. The removal of the entrance pupil from the first surface is 140 mm.

Недостатком объектива является небольшой диаметр входного зрачка, приводящий к виньетированию наклонных пучков лучей при использовании его для испытания оптико-электронных систем, имеющих большой входной диаметр.The disadvantage of the lens is the small diameter of the entrance pupil, which leads to vignetting of inclined beams of rays when used to test optoelectronic systems with a large entrance diameter.

Также известен светосильный объектив с вынесенным зрачком (патент RU 2053531, МПК⁷ G02B 9/60, опубл. 27.01.1996 г.), который содержит первый компонент, выполненный в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент - положительный мениск, третий компонент, выполненный склеенным из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, четвертый компонент, выполненный в виде двояковыпуклой линзы и пятый компонент, выполненный в виде двояковогнутой линзы. Объектив предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,47…0,6 мкм; фокусное расстояние объектива f=93 мм; относительное отверстие 1:1,5; диаметр входного зрачка D=62 мм; угловое поле зрения 2ω=14°. Вынос входного зрачка от первой поверхности составляет 120 мм.Also known fast lens with remote pupil (patent RU 2053531, MPK ⁷ G02B 9/60, publ. biconvex and biconcave lenses, a fourth component made in the form of a biconvex lens and a fifth component made in the form of a biconcave lens. The lens is designed to operate in the spectral range 0.47…0.6 µm; lens focal length f=93 mm; relative aperture 1:1.5; entrance pupil diameter D=62 mm; angular field of view 2ω=14°. The removal of the entrance pupil from the first surface is 120 mm.

К недостаткам этого объектива можно отнести малое фокусное расстояние и небольшой диаметр входного зрачка, что также не позволяет использовать его в качестве объектива коллиматора для испытания оптико-электронных систем с большим входным диаметром.The disadvantages of this lens include a small focal length and a small diameter of the entrance pupil, which also does not allow it to be used as a collimator lens for testing optoelectronic systems with a large entrance diameter.

Наиболее близким к заявляемому объективу по технической сущности, принятым за прототип, является объектив с вынесенным зрачком, представленный в патенте на полезную модель RU 121091, МПК G02B 9/60, опубл. 10.10.2012 г. Объектив предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,68…0,82 мкм и состоит из четырех компонентов, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, второй - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, третий - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, четвертый компонент отрицательный и выполнен склеенным из положительного и отрицательного менисков, между третьим и четвертым компонентами введен отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов. Толщина первого компонента составляет 0,1 фокусного расстояния объектива, сумма оптических сил компонентов не превышает 0,002 мм^-1.Closest to the claimed lens in terms of technical essence, taken as a prototype, is a lens with a remote pupil, presented in the utility model patent RU 121091, IPC G02B 9/60, publ. October 10, 2012 The lens is designed to operate in the spectral range of 0.68 ... 0.82 μm and consists of four components, the first of which is a negative meniscus, the concave surface facing the space of objects, the second is the positive meniscus, the concave surface facing the space objects, the third is a positive meniscus, the concave surface facing the object space, the fourth component is negative and is made of positive and negative meniscus glued together, a negative meniscus is inserted between the third and fourth components, the concave surface facing the object space. The thickness of the first component is 0.1 of the focal length of the lens, the sum of the optical powers of the components does not exceed 0.002 mm ^-1 .

Фокусное расстояние объектива f''=320,6 мм; относительное отверстие 1:4; диаметр входного зрачка D = 80 мм; длина объектива L=436,6 мм; входной зрачок удален от первой поверхности объектива на расстояние не менее 60 мм.Focal length of the lens f''=320.6 mm; relative aperture 1:4; entrance pupil diameter D = 80 mm; lens length L=436.6 mm; the entrance pupil is removed from the first surface of the lens at a distance of at least 60 mm.

К недостаткам данного объектива можно отнести малое относительное отверстие, не обеспечивающее диаметр входного зрачка, необходимый для оптимального согласования с испытуемой оптико-электронной системой.The disadvantages of this lens include a small relative aperture, which does not provide the diameter of the entrance pupil, which is necessary for optimal matching with the optoelectronic system under test.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение диаметра входного зрачка объектива за счет увеличения относительного отверстия при высоком качестве изображения по всему полю зрения.The problem to be solved by the utility model is to increase the diameter of the entrance pupil of the lens by increasing the relative aperture with high image quality over the entire field of view.

Поставленная задача решается за счет того, что в телецентрическом объективе, с вынесенным зрачком, состоящем из последовательно расположенных вдоль оптической оси четырех компонентов, третий из которых положительный, а четвертый - отрицательный, содержащий положительную и отрицательную выпукло-вогнутые линзы, в соответствии с полезной моделью первый и третий компоненты выполнены в виде двояковыпуклой линзы, второй - в виде двояковогнутой линзы, а линзы четвертого компонента разделены воздушным промежутком.The problem is solved due to the fact that in a telecentric lens, with a remote pupil, consisting of four components sequentially located along the optical axis, the third of which is positive, and the fourth is negative, containing positive and negative convex-concave lenses, in accordance with the utility model the first and third components are made in the form of a biconvex lens, the second - in the form of a biconcave lens, and the lenses of the fourth component are separated by an air gap.

На фиг. 1 представлена оптическая схема телецентрического объектива с вынесенным зрачком с ходом лучей.In FIG. 1 shows the optical scheme of a telecentric lens with an extended pupil with a ray path.

На фиг. 2 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ).In FIG. 2 shows graphs of the energy concentration function (ECF).

На фиг. 3 представлены графики модуляционной передаточной функции (МПФ).In FIG. 3 shows plots of the modulation transfer function (MTF).

На фиг. 4 представлен график дисторсии.In FIG. 4 shows the distortion plot.

Телецентрический объектив с вынесенным зрачком состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси четырех компонентов, первый 1 из которых выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй 2 выполнен в виде двояковогнутой линзы, третий 3 выполнен в виде двояковыпуклой линзы, четвертый 4 отрицательный компонент содержит первую 4 (1) положительную и вторую 4 (2) отрицательную выпукло-вогнутые линзы, разделенные воздушным промежутком.A telecentric lens with an extended pupil consists of four components sequentially arranged along the optical axis, the first 1 of which is made in the form of a biconvex lens, the second 2 is made in the form of a biconcave lens, the third 3 is made in the form of a biconvex lens, the fourth 4 negative component contains the first 4 (1 ) positive and second 4 (2) negative convex-concave lenses separated by an air gap.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемого объектива.Table 1 shows the technical characteristics of the proposed lens.

Конструктивные параметры конкретного примера исполнения телецентрического объектива с вынесенным зрачком приведены в таблице 2.The design parameters of a specific example of a telecentric lens with a remote pupil are shown in Table 2.

Телецентрический объектив с вынесенным зрачком работает следующим образом. Излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через входной зрачок, расположенный на расстоянии 250 мм от первой поверхности объектива и попадает на первую поверхность первого 1 компонента, проходит через линзы компонентов 1-4, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами и материалами линз, и фокусируется в фокальной плоскости объектива.Telecentric lens with extended pupil works as follows. Radiation from an infinitely distant object passes through the entrance pupil located at a distance of 250 mm from the first surface of the lens and hits the first surface of the first 1 component, passes through the lenses of components 1-4, is refracted on each surface in accordance with the radii and materials of the lenses, and is focused in the focal plane of the lens.

Как следует из таблицы 1, относительное отверстие заявляемого объектива 1:1,77, диаметр входного зрачка 130 мм, что больше по сравнению с прототипом соответственно в 2,25 и в 1,6 раза и обеспечивает оптимальное согласование с испытуемой системой.As follows from table 1, the relative aperture of the proposed lens is 1:1.77, the diameter of the entrance pupil is 130 mm, which is 2.25 and 1.6 times larger compared to the prototype, respectively, and provides optimal matching with the system under test.

Заявляемый объектив может быть использован в составе испытательной аппаратуры для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальной матрицы, установленной в фокальной плоскости объектива и имеющей размер каждого микрозеркала 10,8×10,8 мкм, позволяющий оценить качество изображения, формируемого объективом.The inventive lens can be used as part of test equipment for simulating a background-target environment based on a micromirror matrix installed in the focal plane of the lens and having a size of each micromirror of 10.8 × 10.8 μm, which makes it possible to evaluate the quality of the image formed by the lens.

Из представленных на фигурах 2 и 3 графиков следует, что значения ФКЭ в пятне рассеяния лучей 10,8 мкм, соответствующем размеру микрозеркала матрицы, близки к дифракционным по всему полю зрения, а значения МПФ для 50 мм^-1 близки к дифракционным в центре поля зрения и незначительно отличаются на краю поля зрения, а из представленного на фигуре 4 графика следует, что дисторсия по всему полю зрения не превышает 0,3%, что говорит о высоком качестве изображения заявляемого объектива.From the graphs presented in figures 2 and 3, it follows that the values of the FCE in the ray scattering spot of 10.8 μm, corresponding to the size of the matrix micromirror, are close to diffractive over the entire field of view, and the MTF values for 50 mm ^-1 are close to diffractive in the center of the field of view and differ slightly at the edge of the field of view, and from the graph shown in figure 4 it follows that the distortion over the entire field of view does not exceed 0.3%, which indicates a high image quality of the proposed lens.

Увеличение относительного отверстия объектива при высоком качестве изображения в пределах всего поля зрения обеспечивается выбором конструктивного исполнения компонентов и их взаимным расположением.An increase in the relative aperture of the lens with a high image quality within the entire field of view is ensured by the choice of the design of the components and their relative position.

В заявляемом объективе входной зрачок удален от первой поверхности на расстояние 250 мм, что обеспечивает телецентрический ход главных лучей и создает равномерную освещенность плоскости изображения, обеспечивающую высокое качество изображения по всему полю зрения.In the inventive lens, the entrance pupil is removed from the first surface at a distance of 250 mm, which provides a telecentric course of the main beams and creates a uniform illumination of the image plane, providing high image quality throughout the field of view.

Таким образом, выполнение телецентрического объектива с вынесенным зрачком в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет увеличить диаметр входного зрачка за счет увеличения относительного отверстия при обеспечении высокого качества изображения по всему полю зрения, что позволяет использовать его для испытания оптико-электронных систем с большим входным диаметром.Thus, the implementation of a telecentric lens with a remote pupil in accordance with the proposed technical solution makes it possible to increase the diameter of the entrance pupil by increasing the relative aperture while ensuring high image quality over the entire field of view, which makes it possible to use it for testing optoelectronic systems with a large entrance diameter.

Claims

A telecentric lens with an extended pupil, consisting of four components sequentially located along the optical axis, the third of which is positive, and the fourth is negative, containing positive and negative convex-concave lenses, characterized in that the first and third components are made in the form of a biconvex lens, the second - in the form of a biconcave lens, and the lenses of the fourth component are separated by an air gap.