RU170801U1

RU170801U1 - LENS

Info

Publication number: RU170801U1
Application number: RU2016146674U
Authority: RU
Inventors: Ниталия Ефимовна Кунделева; Татьяна Евгеньевна Емельянова; Ольга Ильинична Панько; Валерий Викторович Жихарев
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2017-05-11

Abstract

Объектив содержит силовой компонент, включающий положительную двусклеенную линзу из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, одиночную двояковыпуклую линзу, отрицательную двусклеенную линзу из двояковогнутой линзы и положительного мениска, и коррекционный компонент в виде отрицательного мениска, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Между силовым и коррекционным компонентами установлен спектроделительный блок, пропускающий излучение в диапазоне 500-900 нм и отражающий излучение длиной волны (1030±30) нм или (1540±30) нм. Расстояние между силовым и коррекционным компонентами составляет не менее 0,4 фокусного расстояния объектива, а сумма их оптических сил не превышает 0,002 по абсолютной величине. Расстояние между одиночной двояковыпуклой линзой силового компонента и его отрицательной двусклеенной линзой отвечает условию:0,04f'₁<d<0,05f'₁, где f'₁ - фокусное расстояние силового компонента. Технический результат - увеличение поля зрения и фокусного расстояния и повышение качества изображений при длине объектива от его первой поверхности до плоскости изображений не более фокусного расстояния объектива. 3 ил.

The lens contains a power component, including a positive biconvex lens of a biconvex lens and a negative meniscus, a single biconvex lens, a negative biconcave lens of a biconcave lens and a positive meniscus, and a correction component in the form of a negative meniscus glued from a biconcave and biconvex. A spectro-splitting unit is installed between the power and correction components, which transmits radiation in the range of 500-900 nm and reflects radiation with a wavelength of (1030 ± 30) nm or (1540 ± 30) nm. The distance between the power and correction components is at least 0.4 of the focal length of the lens, and the sum of their optical forces does not exceed 0.002 in absolute value. The distance between the single biconvex lens of the power component and its negative double-glued lens meets the condition: 0.04f ' ₁ <d <0.05f' ₁ , where f ' ₁ is the focal length of the power component. The technical result is an increase in the field of view and focal length and improving the quality of images with the length of the lens from its first surface to the image plane of not more than the focal length of the lens. 3 ill.

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 спектральном диапазоне для пространственных частот не более 60 мм^-1 и для угла поля зрения не более 3°. Длина объектива от первой поверхности до ПЗС-матрицы составляет не менее 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 for spatial frequencies of not more than 60 mm ^-1 and for a field of view angle of not more than 3 °. The length of the lens from the first surface to the CCD is at least 1.7 of the focal length of the lens.

Наиболее близким к предполагаемому объективу является объектив [2], содержащий силовой и коррекционный компоненты и спектроделительный блок, выполненный с возможностью отражения излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и пропускания излучения длиной волны 1064 нм или 1570 нм, и установленный между силовым и коррекционным компонентами. Силовой компонент содержит положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, одиночную двояковыпуклую линзу и отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковогнутой линзы и положительного мениска. Коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, причем расстояние между силовым и коррекционным компонентами составляет не менее 0,5 фокусного расстояния объектива. Прототип имеет хорошее качество изображений по всему полю зрения 2W=2°24' при фокусном расстоянии объектива до 170 мм и использовании матрицы с размером пиксела до 8,3 мкм. Однако, при увеличении фокусного расстояния и угла поля зрения данная конструкция не обеспечивает достаточно высокого качества изображения для пространственных частот не менее 90 мм^-1.Closest to the proposed lens is a lens [2], containing power and correction components and a spectro-splitting unit, configured to reflect radiation in the spectral range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and transmit radiation of a wavelength of 1064 nm or 1570 nm, and installed between power and correction components. The power component contains a positive biconvex lens consisting of a biconvex lens and a negative meniscus, a single biconvex lens and a negative biconcave lens, consisting of a biconcave lens and a positive meniscus. The correction component is made in the form of a negative meniscus facing a space of objects with a concave surface and glued from a biconcave and biconvex lens, and the distance between the power and correction components is at least 0.5 of the focal length of the lens. The prototype has good image quality over the entire field of view 2W = 2 ° 24 'with a focal length of the lens up to 170 mm and using a matrix with a pixel size of up to 8.3 microns. However, with an increase in the focal length and the angle of the field of view, this design does not provide a sufficiently high image quality for spatial frequencies of at least 90 mm ^-1 .

Задачей полезной модели является увеличение поля зрения, увеличение фокусного расстояния, повышение качества изображений для пространственных частот не менее 90 мм^-1 во всем поле зрения в спектральном диапазоне (600…900) нм, при длине объектива от его первой поверхности до плоскости изображений не более фокусного расстояния объектива.The objective of the utility model is to increase the field of view, increase the focal length, improve image quality for spatial frequencies of at least 90 mm ^-1 in the entire field of view in the spectral range (600 ... 900) nm, with a lens length from its first surface to the image plane of not more than focal length of the lens.

Объектив содержит установленные по ходу луча силовой и коррекционный компоненты, при этом силовой компонент включает положительную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, одиночную двояковыпуклую линзу, отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковогнутой линзы и положительного мениска, коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного мениска, склеенного из двояковогнутой и двояковыпуклой линз и установленного с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси, между силовым и коррекционным компонентами установлен спектроделительный блок, в отличие от прототипа, спектроделительный блок выполнен с возможностью пропускания излучения в спектральном диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм и отражения излучения длиной волны (1030±30) нм или (1540±30)нм, расстояние между силовым и коррекционным компонентами по оптической оси составляет не менее 0,4 фокусного расстояния объектива, сумма оптических сил силового и коррекционного компонентов не превышает 0,002 по абсолютной величине, а расстояние между одиночной двояковыпуклой линзой силового компонента и его отрицательной двусклеенной линзой отвечает условию: 0,04f'₁<d<0,05f'₁, где f'₁ - фокусное расстояние силового компонента.The lens contains the power and correction components installed along the beam, while the power component includes a positive biconvex lens consisting of a biconvex lens and a negative meniscus, a single biconvex lens, a negative biconcave lens, consisting of a biconcave lens and a positive meniscus, the correction component is made in the form of a negative meniscus glued from biconcave and biconvex lenses and installed with the possibility of quotation movements along the optical axis, between a spectrodividing unit is installed between the power and correction components, unlike the prototype, the spectrodividing unit is capable of transmitting radiation in the spectral range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and reflecting radiation with a wavelength of (1030 ± 30) nm or (1540 ± 30) nm , the distance between the power and correction components along the optical axis is at least 0.4 of the focal length of the lens, the sum of the optical forces of the power and correction components does not exceed 0.002 in absolute value, and the distance between a single ovypukloy power lens component and the negative lens satisfies the condition dvuskleennoy: 0,04f _'1 <d <0,05f' _1, where f _'1 - the focal length of the power component.

Выбор расстояния между силовым и коррекционным компонентами и расстояния между одиночной двояковыпуклой линзой силового компонента и его отрицательной двусклеенной линзой, выбор сумм оптических сил силового и коррекционного компонентов не более 0,002 по абсолютной величине, а также выполнение спектроделительного блока, расположенного между силовым и коррекционным компонентами, в виде призмы-куб, гипотенузная грань которого пропускает излучение в спектральном диапазоне (500…900) нм и отражает излучение с длиной волны (1060±30) нм или (1540±30) нм, позволил увеличить угол поля зрения объектива при увеличении фокусного расстояния без увеличения его габаритов, исправить аберрации широких наклонных пучков, улучшив тем самым качество изображений по полю зрения, а также сохранить размер объектива от первой поверхности до плоскости изображений не более фокусного расстояния объектива, и использовать его как для формирования изображения на ПЗС-матрице с размером пиксела не более 5,5 мкм, так и для регистрации возвратного излучения лазерного дальномера на площадке фотоприемника.The choice of the distance between the power and correction components and the distance between a single biconvex lens of the power component and its negative double-glued lens, the choice of the sum of the optical forces of the power and correction components is not more than 0.002 in absolute value, as well as the implementation of a spectro-splitting unit located between the power and correction components, in in the form of a prism-cube, the hypotenuse face of which transmits radiation in the spectral range (500 ... 900) nm and reflects radiation with a wavelength of (1060 ± 30) nm or (1540 ± 30) nm , allowed to increase the angle of the field of view of the lens with increasing focal length without increasing its dimensions, to correct aberrations of wide inclined beams, thereby improving the image quality along the field of view, and also to keep the size of the lens from the first surface to the image plane no more than the focal length of the lens, and use it both for image formation on a CCD matrix with a pixel size of not more than 5.5 μm, and for recording the return radiation of a laser range finder at the site of the photodetector.

Предлагаемый объектив имеет:The proposed lens has:

- фокусное расстояние 210,5 мм, относительное отверстие 1:3,5, угол поля зрения 2w=4°. Входной зрачок диаметром 60 мм совпадает с первой поверхностью объектива. Полихроматические коэффициенты передачи модуляции (Т) для пространственной частоты N=90 мм^-1 в точке на оси не менее 0,62, на краю поля зрения 2W=4° не менее 0,5.- focal length 210.5 mm, relative aperture 1: 3.5, field of view angle 2w = 4 °. The entrance pupil with a diameter of 60 mm coincides with the first surface of the lens. Polychromatic modulation transmission coefficients (T) for the spatial frequency N = 90 mm ^-1 at a point on the axis of at least 0.62, at the edge of the field of view 2W = 4 ° of at least 0.5.

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

На фиг. 2 приведены графики расчетной полихроматической частотно-контрастной характеристики (Т) для точки на оси.In FIG. Figure 2 shows the graphs of the calculated polychromatic frequency-contrast characteristic (T) for a point on the axis.

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

Объектив (фиг. 1) состоит из установленных по ходу луча силового компонента и коррекционного компонента, спектроделительного блока, расположенного между силовым и коррекционным компонентами, светофильтра. Силовой компонент содержит положительную линзу, склеенную из двояковыпуклой линзы 1 и отрицательного мениска 2, двояковыпуклую линзу 3 и отрицательную двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы 4 и положительного мениска 5. Коррекционный компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, и склеенного из двояковогнутой 7 и двояковыпуклой линз 8.The lens (Fig. 1) consists of a power component installed along the beam and a correction component, a spectrodividing unit located between the power and correction components, a light filter. The power component contains a positive lens glued from a biconvex lens 1 and a negative meniscus 2, a biconvex lens 3 and a negative two-glued lens, consisting of a biconvex lens 4 and a positive meniscus 5. The correction component is made in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the space of objects, and glued from biconcave 7 and biconvex lenses 8.

Расстояние между вогнутыми поверхностями силового и коррекционного компонентов с учетом толщины спектоделительного блока, приведенной к воздуху, равно 104,12 мм, что составляет 0,49 фокусного расстояния объектива. Фокусное расстояние силового компонента для λ=700 нм f'_c=166,34 мм, фокусное расстояние коррекционного компонента для λ=700 нм f'_к=-128,37 мм. Сумма оптических сил коррекционного и силового компонентов равна: ϕ=1/f'_c+1/f'_к=1/166,34+1/(-128,37)=-0,00177.The distance between the concave surfaces of the power and correction components, taking into account the thickness of the spectrum splitting unit, reduced to air, is 104.12 mm, which is 0.49 of the focal length of the lens. The focal length of the power component for λ = 700 nm f ' _c = 166.34 mm, the focal length of the correction component for λ = 700 nm f' _c = -128.37 mm. The sum of the optical forces of the correction and power components is equal to: ϕ = 1 / f ' _c + 1 / f' _to = 1 / 166.34 + 1 / (- 128.37) = - 0.00177.

Расстояние между одиночной двояковыпуклой линзой силового компонента и его отрицательной двусклеенной линзой равно 6,9 мм, что составляет 0,04 фокусного расстояния силового компонента. Коррекционный компонент установлен с возможностью котировочных перемещений вдоль оптической оси.The distance between a single biconvex lens of the power component and its negative double-glued lens is 6.9 mm, which is 0.04 focal length of the power component. The correction component is installed with the possibility of quotation movements along the optical axis.

Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображений равна 184,1 мм, что составляет 0,87 фокусного расстояния объектива.The length of the lens from the first surface to the image plane is 184.1 mm, which is 0.87 of the focal length of the lens.

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 А=1540 нм. Объектив содержит светофильтр 9, выделяющий рабочий спектральный диапазон (600…900) нм.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 A = 1540 nm. The lens contains a light filter 9, emitting a working spectral range (600 ... 900) nm.

Графики полихроматической частотно-контрастной характеристики для точки на оси и для края поля зрения, приведенные на фиг. 2 и 3, подтверждают, что объектив имеет хорошее качество изображения по всему полю зрения для пространственных частот не менее N=90 мм^-1, что позволяет получить изображение объектов с малым контрастом (К=0.1) на ПЗС-матрице с размером пиксела 5,5 мкм.The plots of the polychromatic frequency-contrast characteristic for the point on the axis and for the edge of the field of view shown in FIG. 2 and 3, confirm that the lens has good image quality over the entire field of view for spatial frequencies of at least N = 90 mm ^-1 , which allows you to get an image of objects with low contrast (K = 0.1) on a CCD with a pixel size of 5, 5 microns.

Объектив работает следующим образом: параллельный пучок света с углом поля зрения 2W=4° проходит через входной зрачок объектива, диаметром 60 мм, совпадающий с первой поверхностью, 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 7,8, преломляется через их поверхности, проходит через светофильтр 9, и фокусируется в плоскости изображения, где расположена ПЗС-матрица. Пучок лучей с длиной волны λ=1064 нм или λ=1570 нм отражается от гипотенузной 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 = 4 ° passes through the entrance pupil of the lens, 60 mm in diameter, coinciding with the first surface, and, being refracted through the surfaces of lenses 1, 2, 3, 4, 5, gets into the spectro-splitting unit 6, after which radiation with wavelengths λ = 500 nm ... 900 nm falls on the lenses 7.8, is refracted 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 λ = 1064 nm or λ = 1570 nm is reflected from the hypotenuse face of the spectrodividing unit 6 and is focused on the site of the photodetector.

Источники информации:Information sources:

1. BY №6385 С1 (ОАО «Пеленг») 2004.09.30, весь документ.1. BY No. 6385 C1 (OJSC "Peleng") 2004.09.30, the entire document.

2. BY №10332 U (ОАО «Пеленг») 2014.10.30, весь документ - прототип.2. BY No. 10332 U (OJSC "Peleng") 2014.10.30, the entire document is a prototype.

Claims

A lens containing a power and correction component installed along the beam, the power component including a positive biconvex lens consisting of a biconvex lens and a negative meniscus, a single biconvex lens, a negative biconcave lens, consisting of a biconcave lens and a positive meniscus, the correction component is made in the form a negative meniscus glued from a biconcave and biconvex lens and installed with the possibility of alignment movements along the optical axis, A spectro-splitting unit is installed between the power and correction components, characterized in that the spectro-splitting unit is capable of transmitting radiation in the spectral range of wavelengths from 500 nm to 900 nm and reflecting radiation with a wavelength of (1030 ± 30) nm or (1540 ± 30) nm, the distance between the power and correction components along the optical axis is at least 0.4 of the focal length of the lens, the sum of the optical forces of the power and correction components does not exceed 0.002 in absolute value, and the distance between a single with a Jacobic lens of the power component and its negative two-glued lens, it satisfies the condition:

0.04f ' ₁ <d <0.05f' ₁ , where f ' ₁ is the focal length of the power component.