RU2399072C2 - Wide-angle lens with objective lens with remote entrance pupil - Google Patents
Wide-angle lens with objective lens with remote entrance pupil Download PDFInfo
- Publication number
- RU2399072C2 RU2399072C2 RU2008124702/28A RU2008124702A RU2399072C2 RU 2399072 C2 RU2399072 C2 RU 2399072C2 RU 2008124702/28 A RU2008124702/28 A RU 2008124702/28A RU 2008124702 A RU2008124702 A RU 2008124702A RU 2399072 C2 RU2399072 C2 RU 2399072C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- component
- wide
- entrance pupil
- biaspherical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к объективам, работающим с ПЗС-приемниками, и может быть использовано для получения информации от внешних объектов. Отличительной особенностью объектива по настоящему изобретению являются его маленькие габариты, что позволяет его использовать, например, в системах технического зрения для роботов, размещая непосредственно на манипуляторе.The invention relates to optical instrumentation, and more specifically to lenses that work with CCD receivers, and can be used to obtain information from external objects. A distinctive feature of the lens of the present invention is its small size, which allows it to be used, for example, in vision systems for robots, placing directly on the manipulator.
Известен светосильный объектив с вынесенным входным зрачком по патенту России №2024038, МПК G02B 9/12, БИ № 22, 1994, который содержит три компонента, первый из которых отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету и склеенный из отрицательного и положительного менисков, второй компонент - положительный, склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.Known aperture lens with a remote entrance pupil according to the patent of Russia No. 2024038, IPC G02B 9/12, BI No. 22, 1994, which contains three components, the first of which is a negative meniscus facing concavity to the subject and glued from the negative and positive menisci, the second component - positive, glued from a biconvex lens and a negative meniscus facing concavity to the subject, and the third is a positive meniscus facing concavity to the image.
Недостаток известного объектива - большая величина отрицательной дисторсии, что приводит к нарушению масштаба изображения и падению качества изображения от центра поля к его краю.A disadvantage of the known lens is the large value of negative distortion, which leads to a violation of the image scale and a drop in image quality from the center of the field to its edge.
Наиболее близким по техническому решению является широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком по патенту России №2313812, МПК G02B 9/34, опубл. 27.12.2007, бюл. №36, который выбран авторами за прототип.The closest in technical solution is a wide-angle lens with a remote entrance pupil according to the patent of Russia No. 2313812, IPC G02B 9/34, publ. 12/27/2007, bull. No. 36, which is selected by the authors for the prototype.
Объектив-прототип содержит четыре компонента, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй и третий - положительные, причем третий компонент склеен из двух линз, а четвертый - одиночная линза, причем первый компонент выполнен с отношением его толщины к световому диаметру, не превышающим величину 0.2, второй компонент выполнен склеенным из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, а четвертый компонент - двояковогнутая линза, причем между третьим и четвертым компонентами установлена плоскопараллельная пластинка.The prototype lens contains four components, the first of which is the negative meniscus facing the concavity of the space of objects, the second and third are positive, the third component is glued from two lenses, and the fourth is a single lens, and the first component is made with the ratio of its thickness to the light diameter not exceeding a value of 0.2, the second component is glued from the positive and negative menisci facing concavity to the space of objects, and the fourth component is a biconcave lens, and between the third and fourth components have a plane-parallel plate.
К недостаткам прототипа относится большая величина отрицательной дисторсии (30%), что приводит к нарушению масштаба изображения и падению качества изображения от центра поля изображения к его краю, что в целом приводит к понижению информативности объектива. Кроме того, такие системы нельзя использовать для проведения измерений.The disadvantages of the prototype include a large amount of negative distortion (30%), which leads to a violation of the image scale and a decrease in image quality from the center of the image field to its edge, which generally leads to a decrease in the information content of the lens. In addition, such systems cannot be used for measurements.
Задачей изобретения является создание объектива с повышенной информативностью путем минимизации отрицательной дисторсии с одновременным сохранением высокого качества изображения за счет конструктивного выполнения его оптической схемы.The objective of the invention is to create a lens with increased information content by minimizing negative distortion while maintaining high image quality due to the constructive implementation of its optical design.
Решение указанной задачи достигается тем, что в широкоугольном объективе с вынесенным входным зрачком, содержащим четыре компонента, второй и третий из которых положительные, а четвертый - одиночная отрицательная линза, первый компонент выполнен склеенным из положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, второй, третий и четвертый компоненты выполнены в виде биасферических одиночных линз, причем четвертый компонент - биасферический мениск, обращенный вогнутостью к изображению, а коэффициенты каждой из асферических поверхностей определяются из уравнения:The solution to this problem is achieved by the fact that in a wide-angle lens with a remote entrance pupil containing four components, the second and third of which are positive, and the fourth is a single negative lens, the first component is glued from a positive lens and a negative meniscus facing concavity to the object, the second , the third and fourth components are made in the form of biaspherical single lenses, and the fourth component is a biaspherical meniscus, facing concavity to the image, and the coefficients of each and aspherical surfaces are defined by the equation:
гдеWhere
z - стрелка поверхности, параллельной оси z;z is the arrow of the surface parallel to the z axis;
с - кривизна поверхности;c is the curvature of the surface;
k - коническая константа поверхности;k is the conical constant of the surface;
h - текущая координата;h is the current coordinate;
А, В, С - коэффициенты деформации 4-го, 6-го и 8-го порядков соответственно,A, B, C - strain coefficients of the 4th, 6th and 8th orders, respectively,
Выполнение первого компонента склеенным из положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, решает задачу коррекции сферической аберрации и хроматизма положения, кроме того, первый компонент выполняет функцию понижения высоты пучков, падающих на второй компонент, что облегчает коррекцию дисторсии и уменьшает аберрации высшего порядка в широких наклонных пучках, что способствует обеспечению высокого качества изображения объектива.Performing the first component glued from a positive lens and a negative meniscus facing concavity to the object solves the problem of correcting spherical aberration and chromaticity of the position, in addition, the first component performs the function of lowering the height of the beams incident on the second component, which facilitates the correction of distortion and reduces higher-order aberrations in wide inclined beams, which helps to ensure high quality image of the lens.
Выполнение второго, третьего и четвертого компонентов в виде биасферических одиночных линз (в совокупности с ранее указанным признаком) обеспечивает высокое качество изображения объектива за счет появления дополнительных параметров, которыми являются коэффициенты асферических поверхностей. Поверхности, примененные при решении задачи по настоящему изобретению, как видно из уравнения, представляют собой поверхности вращения не выше 8-го порядка от текущей координаты поверхности. Применение поверхностей, описанных в указанном уравнении, способствует коррекции аберраций высших порядков в широких наклонных пучках, а также комплексных аберраций, практически не поддающихся коррекции обычными методами, - хроматическая кома, астигмохроматизм, хроматическая дисторсия.The implementation of the second, third and fourth components in the form of biaspherical single lenses (in conjunction with the previously mentioned feature) provides a high image quality of the lens due to the appearance of additional parameters, which are the coefficients of aspherical surfaces. The surfaces used in solving the problem of the present invention, as can be seen from the equation, are surfaces of revolution not higher than 8th order from the current coordinate of the surface. The use of the surfaces described in this equation contributes to the correction of higher-order aberrations in wide inclined beams, as well as complex aberrations that are practically impossible to correct by conventional methods - chromatic coma, astigmochromatism, chromatic distortion.
Выполнение четвертого компонента в виде асферического мениска, обращенного вогнутостью к изображению (в совокупности с ранее указанными признаками) влияет на аберрации высшего порядка в широких наклонных пучках. Предложенная форма является оптимальной для решения данной задачи.The implementation of the fourth component in the form of an aspherical meniscus, facing concavity to the image (in conjunction with the previously mentioned features) affects higher order aberrations in wide inclined beams. The proposed form is optimal for solving this problem.
Кроме того, выполнение широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком по п.1, отличающегося тем, что второй и третий компоненты выполнены в виде биасферических менисков, обращенных вогнутостью к объекту, при этом первая поверхность каждого из менисков является гиперболоидом, а вторая - эллипсоидом вращения, обусловлено тем, что такое выполнение компонентов является оптимальным для коррекции отрицательной дисторсии и одновременно позволяет корректировать полевые аберрации высших порядков, которые обычно весьма велики в широкоугольных объективах с вынесенным вперед входным зрачком.In addition, the implementation of a wide-angle lens with a remote entrance pupil according to claim 1, characterized in that the second and third components are made in the form of biaspherical menisci facing concavity to the object, the first surface of each of the menisci being a hyperboloid, and the second an ellipsoid of revolution, due to the fact that such a performance of the components is optimal for correcting negative distortion and at the same time allows you to correct higher order field aberrations, which are usually very large in wide Golnnyh lenses with a forward entrance pupil.
Кроме того, широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком по п.2, отличающийся тем, что первая поверхность четвертого компонента выполнена в виде эллипсоида, а вторая поверхность в виде гиперболоида вращения, характеризуется тем, что форма компонента выбрана оптимальной для сохранения высокого качества коррекции аберраций с одновременной минимизацией отрицательной дисторсии.In addition, the wide-angle lens with a remote entrance pupil according to claim 2, characterized in that the first surface of the fourth component is made in the form of an ellipsoid, and the second surface in the form of a hyperboloid of rotation, characterized in that the shape of the component is optimal for maintaining high quality aberration correction with while minimizing negative distortion.
Установка плоскопараллельной пластинки после четвертого компонента выполнена для того, чтобы обеспечить функционирование объектива по настоящему изобретению в составе ПЗС-камеры. Пластинка в этом случае выполняет роль защитного стекла ПЗС-матрицы, толщина которого составляет 0.8 мм, которая учитывается при коррекции аберраций.The installation of a plane-parallel plate after the fourth component is made in order to ensure the functioning of the lens of the present invention as part of a CCD camera. In this case, the plate acts as a protective glass for the CCD matrix, whose thickness is 0.8 mm, which is taken into account when correcting aberrations.
Указанная совокупность позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров оптической системы, позволяющих создать объектив с повышенной информативностью за счет исправления отрицательной дисторсии с одновременным улучшением качества изображения за счет конструктивного выполнения его оптической схемы. Совокупность всех признаков позволяет решить поставленную задачу, исключение любого из них ведет к невозможности реализации широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком, уменьшенной дисторсией, одновременно обладающего улучшенным качеством изображения, повышенной информативностью.The specified combination allows you to get the necessary and sufficient number of parameters of the optical system, allowing you to create a lens with high information content by correcting negative distortion while improving image quality due to the constructive implementation of its optical design. The combination of all the features allows us to solve the problem, the exclusion of any of them leads to the impossibility of realizing a wide-angle lens with a remote entrance pupil, reduced distortion, while also having improved image quality, increased information content.
Следует отметить, что представленное решение является первой попыткой уменьшения дисторсии в широкоугольных объективах с вынесенным входным зрачком и угловым полем не менее 90 угловых градусов. До этого удавалось уменьшать отрицательную дисторсию в объективах с угловыми полями не более 65 угловых градусов.It should be noted that the solution presented is the first attempt to reduce distortion in wide-angle lenses with a remote entrance pupil and an angular field of at least 90 angular degrees. Prior to this, it was possible to reduce the negative distortion in lenses with angular fields of not more than 65 angular degrees.
Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
на фиг.1 представлена оптическая схема широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком,figure 1 presents the optical scheme of a wide-angle lens with a remote entrance pupil,
на фиг.2 представлены графики частотно-контрастных характеристик объектива по предлагаемому изобретению,figure 2 presents graphs of the frequency-contrast characteristics of the lens according to the invention,
на фиг.3 представлен график относительной дисторсии в зависимости от углового поля зрения объектива.figure 3 presents a graph of relative distortion depending on the angular field of view of the lens.
Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, совмещенным с апертурной диафрагмой 1, содержит последовательно расположенные по ходу луча четыре компонента, первый из которых выполнен склеенным из положительной линзы 2 и отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к объекту, расположенному в бесконечности, второй компонент - биасферический положительный мениск 4, обращенный вогнутостью к объекту, при этом первая поверхность мениска 4 является гиперболоидом, а вторая - эллипсоидом вращения, третий компонент - биасферический положительный мениск 5, обращенный вогнутостью к объекту, при этом первая поверхность мениска 5 является гиперболоидом, а вторая - эллипсоидом вращения, четвертый компонент - биасферический одиночный отрицательный мениск 6, обращенный вогнутостью к изображению, при этом первая поверхность мениска 6 выполнена в виде эллипсоида, а вторая поверхность - в виде гиперболоида вращения, и плоскопараллельную пластинку 7.A wide-angle lens with a remote entrance pupil, combined with an aperture diaphragm 1, contains four components sequentially located along the beam, the first of which is glued from a positive lens 2 and a negative meniscus 3, facing concavity to an object located at infinity, the second component is biaspherical positive meniscus 4 facing concavity to the object, while the first surface of meniscus 4 is a hyperboloid, and the second is an ellipsoid of revolution, the third component is biaspherical a positive meniscus 5 facing concavity to the object, with the first surface of the meniscus 5 being a hyperboloid and the second an ellipsoid of revolution, the fourth component a biaspherical single negative meniscus 6 facing concavity to the image, while the first surface of the meniscus 6 is made in the form of an ellipsoid, and the second surface is in the form of a hyperboloid of revolution, and a plane-parallel plate 7.
Объектив работает следующим образом: световой поток от бесконечно удаленного объекта последовательно проходит через все элементы объектива 1-7, после которых образуется изображение в фокальной плоскости объектива, в которой установлена плоскопараллельная пластинка 7 (показана на Фиг.1), являющаяся защитным стеклом светочувствительной матрицы. Изображение затем совмещается со светочувствительным слоем ПЗС-матрицы (на чертежах не показана).The lens works as follows: the luminous flux from an infinitely distant object sequentially passes through all elements of the lens 1-7, after which an image is formed in the focal plane of the lens, in which a plane-parallel plate 7 (shown in Figure 1) is installed, which is a protective glass of the photosensitive matrix. The image is then combined with the photosensitive layer of the CCD matrix (not shown in the drawings).
Примером конкретной реализации предлагаемого изобретения является широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком, имеющий фокусное расстояние 2.76 мм, относительное отверстие 1:5.5 и угловое поле 2w=90 угловых градусов, толщина пластинки, выполненной из стекла К8, составляет 0.8 мм.An example of a specific implementation of the invention is a wide-angle lens with a remote entrance pupil having a focal length of 2.76 mm, a relative aperture of 1: 5.5 and an angular field of 2w = 90 angular degrees, the thickness of the plate made of K8 glass is 0.8 mm.
Конструктивные параметры заявляемого объектива представлены в таблице 1 и 2, а его характеристики - в таблице 3, технические характеристики объектива-прототипа - в таблице 4.The design parameters of the inventive lens are presented in table 1 and 2, and its characteristics are shown in table 3, the technical characteristics of the prototype lens are shown in table 4.
Техническим преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом является:The technical advantage of the invention in comparison with the prototype is:
- уменьшение величины дисторсии в 3 раза, фиг.3,- a decrease in distortion by 3 times, figure 3,
- сохранение качества изображения по критерию ЧКХ близким к значению дифракционного предела для объектива с указанными характеристиками, фиг.2. Реализация технических преимуществ объектива по предлагаемому изобретению повышает его информативность, что позволяет использовать его как широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком и частично исправленной дисторсией, обладающий качеством изображения, близким к дифракционному пределу разрешения.- preservation of image quality by the criterion of frequency response close to the value of the diffraction limit for the lens with the specified characteristics, figure 2. The implementation of the technical advantages of the lens according to the invention improves its information content, which allows it to be used as a wide-angle lens with a remote entrance pupil and partially corrected distortion, having an image quality close to the diffraction limit of resolution.
Claims (3)
где z - стрелка поверхности, параллельная оси z;
с - кривизна поверхности;
k - коническая константа поверхности;
h - текущая координата;
А, В, С - коэффициенты деформации 4-го, 6-го и 8-го порядков соответственно.1. A wide-angle lens with a remote entrance pupil containing four components, the second and third of which are positive, and the fourth is a single negative lens, characterized in that the first component is glued from a positive lens and a negative meniscus facing concavity to the object, the second, the third component is made in the form of biaspherical single lenses, the fourth component is a negative biaspherical meniscus facing concavity to the image, and the coefficients of each of the aspherical surfaces predelyayutsya from the equation:
where z is the arrow of the surface parallel to the z axis;
c is the curvature of the surface;
k is the conical constant of the surface;
h is the current coordinate;
A, B, C - strain coefficients of the 4th, 6th and 8th orders, respectively.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008124702/28A RU2399072C2 (en) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Wide-angle lens with objective lens with remote entrance pupil |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008124702/28A RU2399072C2 (en) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Wide-angle lens with objective lens with remote entrance pupil |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008124702A RU2008124702A (en) | 2009-12-27 |
| RU2399072C2 true RU2399072C2 (en) | 2010-09-10 |
Family
ID=41642409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008124702/28A RU2399072C2 (en) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Wide-angle lens with objective lens with remote entrance pupil |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2399072C2 (en) |
-
2008
- 2008-06-16 RU RU2008124702/28A patent/RU2399072C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008124702A (en) | 2009-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7046458B2 (en) | Fisheye lens and imaging device using it | |
| US8203797B2 (en) | Photographing optical lens assembly | |
| CN114217416B (en) | optical lens | |
| US20170123192A1 (en) | Near-infrared imaging lens | |
| KR102048984B1 (en) | Small telephoto optical system | |
| US20160077319A1 (en) | Projection-type video display device | |
| TWI524087B (en) | Optical imaging lens | |
| US7733581B2 (en) | Large aperture imaging optical system | |
| CN109491045A (en) | Optical system and image pick-up device | |
| CN110716288B (en) | Optical imaging lens | |
| US11054630B2 (en) | Camera lens system for an endoscope, method for producing a camera lens system and an endoscope | |
| KR20100010311A (en) | Lens optical system | |
| CN109061856A (en) | The adjustable imaging lens of object space and image space doubly telecentric | |
| JP2006017837A (en) | Fish-eye lens system | |
| JP2013210534A (en) | Imaging apparatus | |
| KR20160051185A (en) | Optical system | |
| CN114236781B (en) | Optical lens | |
| US8873153B2 (en) | Camera apparatus and image pickup apparatus including the same | |
| CN214151202U (en) | Optical imaging lens matched with liquid lens | |
| RU2399072C2 (en) | Wide-angle lens with objective lens with remote entrance pupil | |
| RU2308063C1 (en) | Fast high-speed lens | |
| CN112612131A (en) | Large-target-surface wide-working-distance high-definition industrial lens | |
| CN107329352B (en) | Projection lens and projection system | |
| JPH10260350A (en) | Infrared-ray image pickup device | |
| CN115097611B (en) | Large-aperture lens with circular view and panoramic camera system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180617 |