SU1151908A1

SU1151908A1 - Catadioptric lens having extended entrance pupil

Info

Publication number: SU1151908A1
Application number: SU833614418A
Authority: SU
Inventors: Владимир Васильевич Хваловский; Татьяна Николаевна Хацевич
Original assignee: Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Точной Механики И Оптики
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1985-04-23

Abstract

ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ С ВЫНЕСЕННЫМ ВХОДНЫМ ЗРАЧКОМ, содержащий два компонента, первый из которых выполнен в виде положительной линзы и отрицательного мениска, вогнутостью обращенного к предмету, второй - в виде отрицательного мениска и сферического зеркала, обращенных вогнутостью один к другому, и расположенной между ними дво ковыпуклой линзы, причем входной зрачок объектива расположен в его передней фокальной плоскости и смещен перпендикул рно оптической оси, отличающийс тем, что, с целью повыщени разрешающей способности, положительна линза первого компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, оптические силы линз первого компонента по абсолютной величине составл ют соответственно 0,4 ф и 0,2 Ф , оптические силы линз и зеркала второго компонента - 0,15ф, 0,3Ф и 0,4, а во втором компоненте удаление отрицательного мениска от дво ковыпуклой линзы со- с ставл ет 0,55 f, где Ф и f- оптическа ® сила и фокусное рассто ние объектива со (Л ответственно.MIRROR-LINE LENS WITH EXTRACTED ENTRY TEXT containing two components, the first of which is made in the form of a positive lens and a negative meniscus with the concavity facing the object, and the second in the form of a negative meniscus and a spherical mirror facing the concavity one towards the other and located between them a two-convex lens, the entrance pupil of the lens located in its front focal plane and displaced perpendicular to the optical axis, characterized in that, in order to increase the resolving power Ti, the positive lens of the first component is made in the form of a meniscus with a concavity facing the object, the optical powers of the lenses of the first component in absolute value are respectively 0.4 f and 0.2 F, the optical powers of the lenses and the mirror of the second component are 0.15 f, 0 , 3F and 0.4, and in the second component the removal of the negative meniscus from the two-convex lens is 0.55 f, where F and f are the optical ® power and the focal length of the objective with (L responsibly.

Description

LL

2 I2 I

Алойной зрачок.Aloanic pupil.

слcl

соwith

оabout

ООOO

Изобретение относитс к приборостроению , в частности к зеркально-линзовым объективам , и может быть использовано в лазерных сканирующих устройствах, предназначенных дл построчной записи изображений на плоском регистрирующем материале , например факсимильной технике, в системах вывода информации из ЭВМ и других системах, использующих плоскостную развертку изображений.The invention relates to instrumentation, in particular to mirror-lens lenses, and can be used in laser scanning devices designed to record images line by line on a flat recording material, such as facsimile, in data output systems from computers and other systems using planar image scanning. .

Известен зеркально-линзовый объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий сагиттальное цилиндрическое зеркало, коррекционную цилиндрическую линзу (или цилиндрическое эллиптическое зеркало) и два меридиональных цилиндрических зеркала 1 .Known mirror-lens lens with a remote entrance pupil containing a sagittal cylindrical mirror, a cylindrical correction lens (or a cylindrical elliptical mirror) and two meridional cylindrical mirrors 1.

Недостатком этого объектива вл етс его сложна конструкци из-за применени в нем асферических поверхностей.The disadvantage of this lens is its complex structure due to the use of aspherical surfaces in it.

Известен также зеркально-линзовый объектив с вынесенным входным зрачком, содержащий два компонента, первый из которых выполнен в виде положительной линзы и отрицательного мениска, вогнутостью обращенного к предмету, второй - в виде отрицательного мениска и сферического зеркала, обращенных вогнутостью один к другому, и расположенной между ними дво ковыпуклой линзы, причем входной зрачок объектива расположен в его передней фокальной плоскости и смещен перпендикул рно оптической оси. Объектив обеспечивает телецентрический ход главных лучей в пространстве изображений и линейную зависимость величины изображени от полевого угла при разрещении , равном 55 мм, в направлении строки развертки 2.Also known is a mirror-lens lens with a remote entrance pupil, which contains two components, the first of which is made in the form of a positive lens and a negative meniscus, with the concavity facing the object, the second - in the form of a negative meniscus and a spherical mirror, facing one another with concavity. between them is a two-convex lens, with the entrance pupil of the lens located in its front focal plane and displaced perpendicular to the optical axis. The lens provides the telecentric motion of the main rays in the image space and the linear dependence of the image size on the field angle at a resolution of 55 mm in the direction of the scanning line 2.

Недостатком известного объектива вл етс низка разрещающа способность.A disadvantage of the known lens is its low resolution.

Целью изобретени вл етс повышение разрешающей способности объектива при сохранении линейной зависимости величины изображени от полевого угла и телецентрического хода главных лучей в пространстве изображений.The aim of the invention is to increase the resolution of the lens while maintaining the linear dependence of the image size on the field angle and the telecentric path of the main rays in the image space.

Поставленна цель достигаетс тем, что в зеркально-линзовом объективе с вынесенным входным зрачком, содержащем два компонента , первый из которых выполнен в виде положительной линзы и отрицательного мениска, вогнутостью обращенного к предмету , второй - в виде отрицательного мениска и сферического зеркала, обращенных вогнутостью один к другому, и расположенной между ними дво ковыпуклой линзы, причем входной зрачок объектива расположен в его передней фокальной плоскости и смещен перпендикул рно оптической оси, положительна линза первого компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, оптические силы линз первого компонента по абсолютной величине составл ют соответственно 0,4 Ф и 0,2 Ф, оптические силы линз и зеркала второго компонента - 0,15Ф, 0,3 Ф и 0,4Ф, а во втором компоненте удаление отрицательного мениска от дво ковыпуклой линзы составл ет 0,55 f, где Ф и f - оптическа сила и фокусное рассто ние объектива соответственно .The goal is achieved by the fact that in a mirror-lens lens with a rendered entrance pupil containing two components, the first of which is made in the form of a positive lens and a negative meniscus, with the concavity facing the object, the second in the form of a negative meniscus and a spherical mirror, facing with concavity one to the other, and between the two-convex lens, between them, the lens entrance pupil is located in its front focal plane and shifted perpendicular to the optical axis, the positive lens is The primary component is made in the form of a meniscus with a concavity facing the object, the optical powers of the lenses of the first component in absolute value are 0.4 F and 0.2 F, respectively; the optical powers of the lenses and the mirror of the second component are 0.15 F, 0.3 F and 0.4 F, and in the second component, the removal of a negative meniscus from a two-convex lens is 0.55 f, where F and f are the optical power and focal length of the objective, respectively.

Выполнение объектива таким позвол етMaking the lens so allows

О добитьс более высокой степени коррекции остаточных аберраций в объективе (прежде всего кривизны пол и астигматизма, а также комы и сферической аберрации) и повысить вследствие этого его разрешающуюAbout to achieve a higher degree of correction of residual aberrations in the lens (primarily the curvature of the floor and astigmatism, as well as coma and spherical aberration) and, as a result, increase its resolution

5 способность, сохран прежний закон построени изображени и телецентрический ход главных лучей в пространстве изображений . Расположение отрицательного мениска второго компонента вблизи плоскости изображени позвол ет добитьс хорощего5 ability, preserving the former law of image construction and the telecentric course of the main rays in the image space. The location of the negative meniscus of the second component near the image plane allows to achieve a good

0 исправлени одной из наиболее трудноисправимых аберраций - кривизны пол и облегчить вследствие этого исправление остальных аберраций в объективе. Рассто ние между отрицательным мениском второгоOne of the most difficult to correct aberrations, the curvature of the field, can be corrected and, as a result, the correction of the remaining aberrations in the lens is facilitated. The distance between the negative meniscus of the second

5 компонента и плоскостью изображени может быть небольшим, достаточным только дл размещени регистрирующего материала . Практически достаточно обеспечить удаление отрицательного мениска от дво ковыпуклой линзы, около 0,55 f , при этом величина заднего фокального отрезка равна 0,050 ,1 фокусного рассто ни объектива. Выполнение положительной линзы первого компонента в виде мениска позвол ет улучшить коррекцию аберраций щироких пучков - комы и сферической аберрации.5 of the component and the image plane may be small, sufficient only to accommodate the recording material. In practice, it is sufficient to remove the negative meniscus from the two-convex lens, about 0.55 f, while the size of the back focal length is 0.050, 1 of the focal length of the lens. Performing a positive lens of the first component in the form of a meniscus allows for improved correction of aberrations of broad beams — coma and spherical aberration.

На фиг. 1 приведена принципиальна оптическа схема объектива; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - график функции передачи модул ции объектива в направлении строки развертки дл центраFIG. Figure 1 shows the basic optical layout of the lens; in fig. 2 is a section A-A in FIG. one; in fig. 3 is a graph of the lens modulation transfer function in the direction of the centerline scan line.

0 и кра строки.0 and line edge.

Предлагаемый зеркально-линзовый объектив с вынесенным входным зрачком состоит из первого компонента I (фиг. 1), выполненного в виде положительного 2 и отрицательного 3 менисков, обращенных вогнутостью к входному зрачку, и второго компонента 4, выполненного в виде дво ковыпуклой линзы 5, сферического зеркала 6, обращенного вогнутостью к входному зрачку, и отрицательного мениска 7, обращенного выпуклостью к плоскости изображений. Дл разделени падающих на объектив и прошедших через него пучков лучей, а также дл удобства компоновки введено плоское зеркало 8. При этом линзы объектива могут быть выполнены не круглыми, а в виде сегментов.The proposed mirror-lens objective with a remote entrance pupil consists of the first component I (Fig. 1), made in the form of a positive 2 and negative 3 menisci, facing with a concavity to the entrance pupil, and the second component 4, made in the form of a two-convex lens 5, spherical mirrors 6 facing inward towards the entrance pupil, and negative meniscus 7 convex to the image plane. In order to separate the beams incident on the lens and the beams passing through it, as well as for convenience of arrangement, a flat mirror 8 is inserted. In this case, the objective lenses can be made not round, but in the form of segments.

Устройство работает следуюшим образом .The device works as follows.

Дл осуществлени строчной развертки во входном зрачке объектива помещают развертывающий элемент (не показан). Объектив осуществл ет фокусировку пучков, идущих от развертывающего элемента, в плоскости изображений. При этом, пройд линзы 2, 3 и 5 и отразившись от сферического зеркала 6, пучок второй раз проходит линзу 5 и направл етс плоским зеркалом 8 на линзу 7, пройд которую окончательно фокусируетс на регистрирующем материале, расположенном в плоскости изображений. Величина перемещени светового п тна вдоль строки развертки пропорциональна углу падени пучка на объектив. В каждой точке строки создаютс одинаковые услови освещени вследствие посто нства угла падени пучка на регистрирующий материал в каждой точке строки (телецентрический ход главных лучей в пространстве изображений) и посто нства линейной скорости перемещени светового п тна вдоль строки развертки.To perform line scanning in the entrance pupil of the lens, a sweep element (not shown) is placed. The lens focuses the beams coming from the scanning element in the image plane. At the same time, the lenses 2, 3 and 5 pass and reflected from the spherical mirror 6, the beam passes the lens 5 a second time and is directed by a flat mirror 8 to the lens 7, which is finally focused on the recording material located in the image plane. The amount of movement of the light spot along the scanning line is proportional to the angle of incidence of the beam on the lens. At each point of the line, the same lighting conditions are created due to the constant angle of incidence of the beam on the recording material at each point of the line (the telecentric course of the main rays in the image space) and the constant linear velocity of the light spot along the scanning line.

Пример. Объектив имеет следующие характеристики: фокусное рассто ние объектива f -191,61 мм; задний фокальньш отрезок Sp -10,56 мм; передний фокальный отрезок Sf -31,08 мм; удаление входного зрачка Sp -31,6 мм; угловое поле 2W 60°; длина строки развертки 200 мм; относительное отверстие D;f 1:10; центр входного зрачка смещен на 20 мм перпендикул рно оптической оси объектива.Example. The lens has the following characteristics: the focal length of the lens is f -191.61 mm; rear focal segment Sp -10.56 mm; front focal segment Sf -31,08 mm; removal of the entrance pupil of Sp -31.6 mm; angular field 2W 60 °; scan line length 200 mm; relative hole D; f 1:10; the center of the entrance pupil is shifted by 20 mm perpendicular to the optical axis of the lens.

Объектив предназначен дл работы с монохроматическим излучением с длиной волны Л 0,6328 мкм. Он не содержит склеенных поверхностей, поэтому может работать с излучением большой мощности. Кадрова развертка осуществл етс перемещением регистрирующего материала. График модул ционной передаточной функции объектива приведен на фиг. 3. Объектив обеспечивает разрешение не менее 100 мм- дл г всех точек строки (при коэффициенте передачи модул ции, равном 0,2) в направлении строки развертки (фиг. 3, где верхн крива - функци передачи модул ции дл точки в центре строки; дл всех остальных точек строки кривые модул ционных передаточных функций лежат между кривыми). Объектив обеспечивает линейную зависимость величины изображени от полевого угла, отступление от указанной зависимости не превышает 0,09 мм вдоль всей строки.The lens is designed to work with monochromatic radiation with a wavelength of L 0.6328 microns. It does not contain glued surfaces, so it can work with high power radiation. A frame scan is performed by moving the recording material. The graph of the modulation transfer function of the lens is shown in FIG. 3. The lens provides a resolution of at least 100 mm for g all points of the line (with a modulation gain of 0.2) in the direction of the scan line (Fig. 3, where the upper curve is the modulation transfer function for a point in the center of the line; for all other points of the line, the curves of the modulation transfer functions lie between the curves). The lens provides a linear dependence of the image size on the field angle, the deviation from this dependence does not exceed 0.09 mm along the entire line.

5 Объектив обеспечивает телецентрический ход главных лучей в пространстве изображений . Кроме того, объектив обеспечивает достаточную равномерность освещенности вдоль строки, светораспределение на краю строки падает всего на 16%.5 The lens provides a telecentric course of the main rays in the image space. In addition, the lens provides a sufficient uniformity of illumination along the line, the light distribution at the edge of the line drops by only 16%.

Таким образом, предлагаемый зеркальнолинзовый объектив с вынесенным входным зрачком по сравнению с известным обеспечивает повышение разрешающей способности , что повышает примерно в два раза информационную емкость записанного изображени . При этом сохран етс линейный закон построени изображени , обеспечивающий отсутствие масштабных искажений при записи, и тёлецентрический ход главных лучей в пространстве изображений, уменьшаюший масштабные искажени вследствие возможных смещений регистрирующего материала в процессе записи и обеспечивающий одинаковые услови освещени в каждой точке строки.Thus, the proposed mirror-lens lens with a rendered entrance pupil in comparison with the known one provides an increase in resolution, which approximately doubles the information capacity of the recorded image. At the same time, the linear law of image construction is preserved, which ensures the absence of large-scale distortions during recording, and the telocentric course of the main rays in the image space, reducing the large-scale distortions due to possible displacements of the recording material during recording and providing the same lighting conditions at each point of the line.

Л-КLK

ГR

отн.е8.Rel. e8.

0.60.6

ОМOM

0,20.2

О Ю 2Q 30 40 50 60 70 SO 30 WO N,MMФ1 г .About Yu 2Q 30 40 50 60 70 SO 30 WO N, MMF1 g.

Claims

MIRROR-LENS LENS WITH EXTENDED ENTRANCE Pupil, containing two components, the first of which is made in the form of a positive lens and a negative meniscus, concavity facing the object, the second - in the form of a negative meniscus and a spherical mirror, facing concavity one to the other, and located between them biconvex lens, and the entrance pupil of the lens is located in its front focal plane and is displaced perpendicular to the optical axis, characterized in that, in order to increase the resolution, the false lens of the first component is made in the form of a meniscus facing concavity to the object, the optical forces of the lenses of the first component in absolute value are 0.4 f and 0.2 F, respectively, the optical forces of the lenses and mirrors of the second component are 0, 15 <£>, 0 , ЗФ and 0.4Ф, and in the second component, the removal of the negative meniscus from the biconvex lens is 0.55 f where Ф and f are the optical power and focal length of the lens, respectively.

pupil

Image plane

SU .... 1151908>