RU2367986C1 - Объектив с инвариантной мпф - Google Patents

Объектив с инвариантной мпф Download PDF

Info

Publication number
RU2367986C1
RU2367986C1 RU2008105661/28A RU2008105661A RU2367986C1 RU 2367986 C1 RU2367986 C1 RU 2367986C1 RU 2008105661/28 A RU2008105661/28 A RU 2008105661/28A RU 2008105661 A RU2008105661 A RU 2008105661A RU 2367986 C1 RU2367986 C1 RU 2367986C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
plane
max
coeff
mpf
Prior art date
Application number
RU2008105661/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Федорович Ширанков (RU)
Александр Федорович Ширанков
Олег Владимирович Рожков (RU)
Олег Владимирович Рожков
Александр Михайлович Горелов (RU)
Александр Михайлович Горелов
СеонгДеок ЛИ (KR)
СеонгДеок ЛИ
Хьюнвук ОК (KR)
Хьюнвук ОК
Джуюнг КАНГ (KR)
Джуюнг КАНГ
Original Assignee
Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Александр Федорович Ширанков
Олег Владимирович Рожков
Александр Михайлович Горелов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд.", Александр Федорович Ширанков, Олег Владимирович Рожков, Александр Михайлович Горелов filed Critical Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority to RU2008105661/28A priority Critical patent/RU2367986C1/ru
Priority to KR1020080026860A priority patent/KR101493928B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of RU2367986C1 publication Critical patent/RU2367986C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/50—Optics for phase object visualisation
    • G02B27/52—Phase contrast optics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/003—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having two lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/08—Anamorphotic objectives
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B9/00—Exposure-making shutters; Diaphragms
    • G03B9/02—Diaphragms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

Объектив состоит из четырех последовательно расположенных вдоль оптической оси однолинзовых компонентов: силовой линзы, двух менисков, коррекционного компонента, а также плоскопараллельной пластинки. Передняя поверхность плоскопараллельной пластинки, на которую нанесен фазовый рельеф, совмещена с плоскостью апертурной диафрагмы (АД). Структура объектива квазисимметрична относительно плоскости АД, которая находится внутри объектива. Профиль глубины фазового рельефа ортогонален относительно поперечных координатах в плоскости АД и зависит от четырех рациональных параметров
Ax, Ay, Вx, By: Ф(x,y)=Ф(x)+Ф(y), мм; Фx(x)=Ax(x/xmax)Вx; Фy(y)=Ay(y/ymax)Вy. Параметры профиля маски выбраны в диапазонах Ах≈Аy=0.007…0.012 мм; Вx≈Вy=2.4…2.9, а xmax, ymax - максимальные световые размеры маски. Технический результат - получение инвариантной МПФ в широком диапазоне дальностей съемки при повышенной светосиле. 5 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к области оптики, а более конкретно к конструкции объективов, предназначенных для использования в фотокамерах с целью получения цветных снимков с большой глубиной резко изображаемого пространства.
При фото- или видеосъемке для расширения глубины резко изображаемого пространства изменяют фотографический объектив видеокамеры, получая заведомо нерезкое изображение, а затем применяют специальные алгоритмы обработки получившегося видеокадра и получают видеокадр с резким изображением снимаемой сцены (пространства), начиная с какой-то минимальной дальности. При этом используется специальное кодирование волнового фронта проходящего через объектив излучения, в результате он дает нерезкое изображение всей снимаемой сцены. Введение кодирования волнового фронта проходящего через объектив излучения эквивалентно изменению функции зрачка объектива или какой-то части оптической системы. Наиболее часто в схему объектива вводят специальный элемент - фазовую маску, которая обеспечивает заранее известное изменение оптического пути проходящих лучей света на величину фазовой добавки. Такой метод используется, например, в решениях, описанных в следующих опубликованных или выложенных патентных заявках: US №2004/0257543 [1], ЕР №1687829 [2], ЕР №1478966 [3], ЕР 1779152 [4].
В решениях [1, 2, 3] введение фазовой маски вызывает изменение функции зрачка литографической оптической системы и обеспечивает расширение глубины резко изображаемого пространства. Вследствие этого система может быть изготовлена или использована с меньшими требованиями по точности, меньшей стоимостью и/или увеличенной пропускной способностью. Система может использоваться, чтобы сформировать точный рисунок интегральной схемы в присутствии дефокусировки или несоосности оптических элементов литографической системы.
Указанные методы [1, 2, 3] применимы лишь к литографических системам. Здесь отсутствует электронная обработка изображения, а изображение сфокусировано в плоскости фоторезиста и не является размытым. Причем глубина резко изображаемого пространства в этом случае составляет несколько микрометров. Во всех работах функция фазовой добавки либо осесимметрична, либо имеет вид полинома только с целыми степенями.
В решении [3] приведен способ кодирования волнового фронта, который формирует оптическое изображение видеокадра, его обработку с некоторой функцией преобразования так, чтобы получить резкое изображение. Примером функции преобразования может быть редуцирующий фильтр или фильтр для разделения цветов. При этом кодирующий элемент является осесимметричным. Данный способ и устройство также предназначены для того, чтобы обработать цветные изображения, разделяя цветовую и пространственную информацию по своим каналам. Устройство используется для уменьшения сложности дополнительной оптикоэлектронной обработки или стоимости различных электронных устройств.
В решении [4] описаны способ и устройство для расширения глубины резко изображаемого пространства. Изображающая система включает линзу, имеющую определенную эффективную апертуру, и оптический элемент, связанный с этой линзой. Оптический элемент формируется как фазовый модулятор, определяющий передачу низких пространственных частот. Оптический элемент и изображающая линза определяют заданный образец, сформированный раздельными обособленно существенно оптически прозрачными средами различных оптических свойств. Однако главный отличительный признак данного патента - применяемая фазовая маска - является структурированной, что резко усложняет процесс ее изготовления.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является техническое решение, описанное на сайте http://www.cdm-optics.com [5] под заголовком Wavefront Coding Overview, где представлен разработанный на основе кодирования волнового фронта объектив-синглет с фазовой маской на входе (см. Фиг.1) со следующими техническими параметрами:
- Диапазон резко отображаемых дальностей: от 60 см до ∞;
- Фокусное расстояние F=3 mm;
- Диафрагменное число f/#=3.0;
- Величина углового поля зрения FOV=60 (±30) градусов;
- Материал - оптический пластик РММА.
Данное устройство не лишено недостатков. Фазовая маска расположена перед объективом-синглетом, что не позволяет обеспечить хорошую инвариантность его модуляционной передаточной функции (МПФ). Объектив имеет малую светосилу, а также не обеспечивает инвариантности в широком диапазоне рабочих дальностей съемки. Его ближняя граница съемки - 60 см, а перспектива на снимке утрирована.
Величина дополнительного фазового сдвига F в зависимости от координат х, у проходящего маску луча определяется формулой F(x,y)=ax3+by3.
Таким образом, во всех известных решениях при малых дальностях съемки инвариантность МПФ нарушается. Кроме того, недостаточно высокая светосила объективов-аналогов не позволяет получить высокое отношение сигнал/шум, необходимое для работы в сумерках.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке усовершенствованного объектива, который при повышенной светосиле имел бы инвариантную МПФ в более широком диапазоне дальностей съемки.
Технический результат достигается за счет создания усовершенствованного объектива с инвариантной МПФ, состоящего из четырех последовательно расположенных вдоль оптической оси однолинзовых компонентов: силовой линзы, по меньшей мере двух менисков, коррекционного компонента и плоскопараллельной пластинки, на первой поверхности которой нанесена фазовая маска с заданным профилем, отличающийся тем, что
- передняя поверхность плоскопараллельной пластинки, на которой нанесен фазовый рельеф, совмещена с плоскостью апертурной диафрагмы (АД);
- структура объектива квазисимметрична относительно плоскости АД, которая находится внутри объектива,
- профиль глубины фазового рельефа ортогонален относительно поперечных координатах в плоскости АД и зависит от четырех рациональных параметров
Ax, Ay, Bx, By
Ф(х,у)=Ф(х)+Ф(у), мм; Фx(x)=Аx(x/xmах)Bx; Фу(y)=Ay(y/ymax)By
Параметры профиля маски для обеспечения инвариантности МПФ выбраны в диапазонах Ах≈Ау=0.007…0.012 мм; Bx≈Ву=2.4…2.9, а xмах, yмах - максимальные световые размеры маски.
Для обеспечения инвариантности объектива была разработана новая концепция его построения. Сущность концепции состоит в выполнении двух стадий разработки, после которых получают конструкцию объектива-ахромата с инвариантной МПФ на всех дальностях съемки, для всех полевых углов и всех рабочих длин волн.
На первой стадии разрабатывают объектив достаточно высокого качества изображения для средней плоскости рабочего диапазона дальностей. Плоскость апертурной диафрагмы должна находиться внутри структуры объектива. Причем относительно этой плоскости структура объектива квазисимметрична.
На второй стадии в плоскость апертурной диафрагмы (АД) вводится плоскопараллельная пластинка, на первой поверхности которой нанесен фазовый рельеф. Задание определенного распределения глубины рельефа по поверхности пластинки обеспечивает инвариантность МПФ.
Изобретение поясняется чертежом Фиг.1, где изображена оптическая схема объектива. Причем фазовая маска с необходимым законом профиля расположена в плоскости АД, относительно которой схема объектива квазисимметрична.
Объектив без фазовой маски рассчитывается на минимум волновых аберраций для средней точки рабочего диапазона рабочих дальностей. Структура объектива содержит 4 последовательно расположенных на оптической оси линзы: силового компонента 1, менисков 2 и 3, коррекционного компонента 4. Причем схема рассчитана так, что апертурная диафрагма (АД) расположена между компонентами 2 и 3.
Фазовая маска нанесена на передней поверхности плоскопараллельной пластинки, помещенной в плоскости АД. Профиль глубины фазового рельефа ортогонален относительно поперечных координатах в плоскости АД и зависит от четырех рациональных параметров Ax, Ay, Bx, By
Ф(х,у)=Ф(х)+Ф(у), мм; Фx(x)=Аx(х/хmax)Bx; Фy(y)=Аy(у/уmах)By
Параметры профиля маски для обеспечения инвариантности МПФ выбраны в диапазонах Ах≈Ау=0.007…0.012 мм; Bx≈Ву=2.4…2.9, а xмах, yмах - максимальные световые размеры маски…
Ниже приведен пример конкретного выполнения объектива с фазовой маской, обеспечивающий инвариантность МПФ согласно настоящему изобретению. Оптическая схема объектива с фазовой маской приведена на Фиг.2.
Графики МПФ с единой средней кривой МПФ, подтверждающие ее инвариантность для всех рабочих длин волн, полевых углов и дальностей съемки, приведены на Фиг.3-5.
Графики МПФ для всех рабочих длин волн и полевых углов приведены соответственно для дальностей 400 мм, ∞-ти и 220 мм.
В Табл. приведены конструктивные параметры объектива - радиусы поверхностей, толщины промежутков и марки стекол линз. Апертурная диафрагма расположена на поверхности 6.
OBJ STANDARD Infinity 200 131.092 0  
1 EVENASPH +8pow 1.536499 1.033312 -FPL51 2.76855 - 0.09540922  
2 STANDARD 12.53391 0.1 2.414362 -0.0003516848  
3 EVENASPH 2.572751 0.2 POLYCARB 1.945284 -1.352054  
4 EVENASPH 1.917497 0 POLYCARB 1.640051 -4.133317  
5 BINARY2 1.9174970.1872133 1.640051 -4.133317  
STO STANDARD Infinity 0 1.602046 0  
7 USERSURF SODC02 Infinity 0.2 330R 1.613659 0  
8 STANDARD Infinity 0.7229564 1.617607 0  
9 EVENASPH -1.331381 0.9429718 POLYCARB 1.661329 0.8774411  
10 EVENASPH -1.976054 0.02 2.432324 -1.029234  
11 EVENASPH 5.736642 1.563224 ACRYLIC 2.769006 3.729272  
12 EVENASPH 4.300620 0.9246703 3.089852 0.008266434  
IMA STANDARD Infinity 3.37111 0  
SURFACE DATA DETAIL:  
Surface OBJ: STANDARD  
Surface 1: EVENASPH+8pow  
Coeff on r 2:0  
Coeff on r 4: 0.00058976302  
Coeff on r 6: -5.4235834e-005  
Coeff on r 8:0  
Surface 2: STANDARD  
Surface 3: EVENASPH  
Coeff on r 2:0  
Coeff on r 4: -0.028205387  
Coeff on r 6: -0.0025904771  
Coeff on r 8: -0.0034900072  
Coeff on r 10:0  
Surface 4: EVENASPH  
Coeff on r 2:0  
Coeff on r 4: 0.066452197  
Coeff on r 6: -0.13946953  
Coeff on r 8: 0.25280027  
Coeff on r 10: -0.19643043  
Coeff on r 12: -0.085196469  
Coeff on r 14: 0.12968379  
Coeff on r 16:0  
Surface 5: BINARY_2  
Diffract Order: 1  
Coeff on r 2:0  
Coeff on r 4: 0.066452197  
Coeff on r 6: -0.13946953  
Coeff on r 8: 0.25280027  
Coeff on r 10: -0.19643043  
Coeff on r 12: -0.085196469  
Coeff on r 14: 0.12968379  
Coeff on r 16: 0  
Maximum term: 2  
Maximum rad ар: 0.9  
Term on P to 2: -34.676651  
Term on P to 4: 1.6879704  
Surface STO: STANDARD  
Surface 7: USERSURF (SODC_02.DLL) SODC_02~0.01 ^2.5  
acx: 0.01  
арх: 2.5  
асу: 0.01  
ару: 2.5  
Surface 8: STANDARD  
Surface 9: EVENASPH  
Coeff on r 2: 0  
Coeff on r 4: -0.0193 86268  
Coeff on r 6: 0.15942073  
Coeff on r 8: -0.46257483  
Coeff on r 10: 0.6212868  
Coeff on r 10: 0.6212868  
Coeff on r 12: -0.33892826  
Coeff on r 14: 0  
Coeff on r 16: 0  
Surface 10: EVENASPH  
Coeff on r 2: 0  
Coeff on r 4: 0.0063493897  
Coeff on r 6: -0.0065492235  
Coeff on r 8: -0.00037721482  
Coeff on r 10: 0  
Surface 11: EVENASPH  
Coeff on r 2: 0  
Coeff on r 4: -0.0026558242  
Coeff on r 6: -0.00036643155  
Coeff on r 8: 0  
Surface 12: EVENASPH  
Coeff on r 2: 0  
Coeff on r 4: -0.038533213  
Coeff on r 6: 0.0083328956  
Coeff on r 8: -0.0016494476  
Coeff on r 10: 0.00012203802  
Coeff on r 12: 0  
Surface IMA: STANDARD  
Объектив предназначен для использования в фото- и видеокамерах с целью получения цветных снимков с большой глубиной резко изображаемого пространства.
Предложенная схема объектива обеспечивает инвариантность МПФ для всех полевых углов, всех рабочих длин волн и всех дальностей от бесконечности до 180 мм.
L=18 см-∞.
f=5,0 мм
f/#=2,0 (более светосильный)
2w=46.5°(±23.25°).
Диагональ CCD равна ~4,5 мм. Естественная перспектива.
Изобретение может найти применение в оптическом приборостроении, а именно в проектировании светосильных объективов-ахроматов с инвариантной МПФ для всех полевых углов и с расширенным диапазоном дистанций съемки от бесконечности до 180 мм.

Claims (1)

  1. Объектив с инвариантной модуляционной передаточной функцией (МПФ), состоящий из четырех последовательно расположенных вдоль оптической оси однолинзовых компонентов: силовой линзы, двух менисков, коррекционного компонента и плоскопараллельной пластинки, на первой поверхности которой нанесена фазовая маска с заданным профилем, отличающийся тем, что
    передняя поверхность плоскопараллельной пластинки, на которой нанесен фазовый рельеф, совмещена с плоскостью апертурной диафрагмы (АД);
    структура объектива квазисимметрична относительно плоскости АД, которая находится внутри объектива,
    профиль глубины фазового рельефа ортогонален относительно поперечных координат в плоскости АД и зависит от четырех рациональных параметров Ax, Ay, Вx, By
    Ф(x,y)=Ф(x)+Ф(y), мм; Фx(х)=Аx(х/хmax)Bx, Фy(y)=Ay(y/ymax)Вy, параметры профиля маски выбраны в диапазонах Ах≈Аy=0,007…0,012 мм; Вx≈Вy=2,4…2,9, а xmax ymax - максимальные световые размеры маски.
RU2008105661/28A 2008-02-18 2008-02-18 Объектив с инвариантной мпф RU2367986C1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008105661/28A RU2367986C1 (ru) 2008-02-18 2008-02-18 Объектив с инвариантной мпф
KR1020080026860A KR101493928B1 (ko) 2008-02-18 2008-03-24 촬상 렌즈 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008105661/28A RU2367986C1 (ru) 2008-02-18 2008-02-18 Объектив с инвариантной мпф

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2367986C1 true RU2367986C1 (ru) 2009-09-20

Family

ID=41168072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008105661/28A RU2367986C1 (ru) 2008-02-18 2008-02-18 Объектив с инвариантной мпф

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101493928B1 (ru)
RU (1) RU2367986C1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3631533A4 (en) 2017-05-24 2021-03-24 The Trustees of Columbia University in the City of New York WIDE-BAND ACHROMATIC FLAT OPTICAL COMPONENTS BY DIELECTRIC METASURFACES MODIFIED BY DISPERSION
EP3676973A4 (en) 2017-08-31 2021-05-05 Metalenz, Inc. INTEGRATION OF LENS WITH PERMEABLE METAL SURFACE
US11978752B2 (en) 2019-07-26 2024-05-07 Metalenz, Inc. Aperture-metasurface and hybrid refractive-metasurface imaging systems
US11927769B2 (en) 2022-03-31 2024-03-12 Metalenz, Inc. Polarization sorting metasurface microlens array device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970066627A (ko) * 1996-03-12 1997-10-13 김광호 비구면 렌즈를 사용한 광학계
WO2007103944A2 (en) * 2006-03-06 2007-09-13 Cdm Optics, Inc. Zoom lens systems with wavefront coding
TWM318859U (en) * 2006-12-08 2007-09-11 E Pin Optical Industry Co Ltd Optical imaging lens
TWM320680U (en) * 2007-04-02 2007-10-11 E Pin Optical Industry Co Ltd Two element type optical imaging lens

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090089234A (ko) 2009-08-21
KR101493928B1 (ko) 2015-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109490995B (zh) 摄像用光学系统、取像装置及电子装置
TWI601994B (zh) 取像用光學鏡頭組、取像裝置及電子裝置
TWI550306B (zh) 成像光學鏡組、取像裝置及電子裝置
TW201939093A (zh) 攝像用光學鏡組、取像裝置及電子裝置
CN101431087B (zh) 低高度成像系统及相关方法
TW201728948A (zh) 攝像用光學鏡頭組、取像裝置及電子裝置
US8502877B2 (en) Image pickup apparatus electronic device and image aberration control method
JP2007304525A (ja) 画像入力装置および電子機器および画像入力方法
TW201617676A (zh) 攝影用光學鏡組、取像裝置及電子裝置
CN108072967A (zh) 光学摄影镜片系统、取像装置及电子装置
TWI604219B (zh) 光學成像鏡片系統、取像裝置及電子裝置
CN113009671B (zh) 光学镜头组、取像装置及电子装置
US10171732B2 (en) Image processing apparatus, image pickup apparatus, image processing method, and non-transitory computer-readable storage medium for generating an image based on plurality of parallax images
CN110837160B (zh) 光学成像模块
RU2367986C1 (ru) Объектив с инвариантной мпф
CN115494612B (zh) 光学镜头、摄像模组及电子设备
JP2006094470A (ja) 撮像装置および撮像方法
JP2016218285A (ja) レンズユニットおよび撮像装置
EP1353207B1 (en) Telecentric singlet having a small height requirement
CN112505906A (zh) 一种成像镜头
Kawano et al. Compound eye image scanner optimally arranged for image combining and suppressing axial chromatic aberration by wavefront coding
RU2225628C2 (ru) Объектив с вынесенным входным зрачком (варианты)
CN220872755U (zh) 25mm焦距1/2"靶面可见光成像镜头
US20240135508A1 (en) Image processing method, image processing apparatus, image processing system, imaging apparatus, and storage medium
KR100312495B1 (ko) 초박형회절광학렌즈