CN102870029A - 投影透镜 - Google Patents

Abstract

一种投影透镜，包括沿从被摄体到图像的光辐射方向依次排列的入射光瞳和五个光学元件，其中第一个提供负光焦度，凹面面朝被摄体，由负弯月透镜和正弯月透镜接合而成，第二个是正弯月透镜，凹面面朝被摄体，第三个是双凸透镜，第四个是正弯月透镜，凹面面朝图像，第五个是负元件，凹面面朝图像，由双凸透镜和双凹透镜接合而成。本发明的技术效果是：光圈率增加（1∶1.8），图像视野边缘相对于中心的亮度增加（0.91），在由该投影透镜形成的图像中，提供所需的畸变值（-3％），图像质量提高，提供在被摄体位于有限距离时投影透镜的操作性。

Description

投影透镜

技术领域

本发明涉及光学仪器工程，具体来说涉及一种投影透镜，能够用在例如将形成在X射线图像增强器（intensifier）或其他图像增强器的输出窗口的图像传输到CCD阵列的图像传输设备。

背景技术

已知一种具有远入射光瞳（remoteentrance pupil）的高光圈水透镜（hydrolens）（SU1642426A1，公开于1991年4月15日，专利公报第14号），其由位于投影透镜前方的远入射光瞳和沿从被摄体到图像的光辐射路径依次排列的六个透镜组成。在这六个透镜中，第一和第三透镜是正弯月透镜，凹面面朝被摄体侧；第二透镜是负弯月透镜，凹面面朝被摄体侧；第四和第五透镜是双凸透镜；第六透镜是双凹透镜，其中第五和第六透镜接合在一起。

该投影透镜具有以下优点：远入射光瞳位于透镜之前，图像尺寸令人满意。然而，其相对光圈尺寸不够大，图像中的光分布不好，图像质量不够好。并且，该透镜的使用条件是放置在水介质中，在有限共轭模式下使用。

还已知一种具有远入射光瞳的投影透镜（发明专利RU2225628C2，公开于2004年3月10日），其由沿从被摄体到图像的光辐射路径依次排列的四个光学元件组成。在这四个光学元件中，第一光学元件是负光焦度（negative power），凹面面朝被摄体侧，包括接合在一起的双凹透镜和双凸透镜；第二光学元件为双凸透镜；第三光学元件是正光焦度，凹面面朝图像侧，包括接合在一起的双凸透镜和双凹透镜；第四光学元件为负弯月透镜，凹面面朝被摄体侧。

该投影透镜的优点是：图像尺寸大，透镜体积小，远入射光瞳位于投影透镜之前。

该透镜的缺点是：图像边缘与图像中心的亮度比低，相对光圈尺寸小，负畸变的值不足以校正X射线图像增强器的正畸变，投影透镜在无限远被摄体的模式下使用，图像质量不够好。

发明内容

本发明的透镜能够实现如下全部技术目的：增大相对光圈，相对于视场中心视场边缘的亮度增强，在由投影透镜形成的图像中提供所需的负畸变值，图像质量提高（对于视场内的任一点，对空间频率上的调制最小值增加），可用于位于有限远距离的被摄体。

本发明的投影透镜沿从被摄体到图像的光辐射路径依次包括：远入射光瞳；负的第一元件，其由两个透镜接合而成，凹面面朝被摄体侧；正的第二元件；第三元件，其凹面面朝图像侧，由双凸透镜和双凹透镜接合而成，所述第一元件由负弯月透镜和正弯月透镜接合而成，所述第二元件是正弯月透镜，其凹面面朝被摄体侧，所述第三元件是负的，在所述第二元件和所述第三元件之间插有额外的两个正透镜，所述额外的两个正透镜中的第一个为双凸透镜，第二个为凹面面朝图像的弯月透镜。

附图说明

本发明的本质和商业应用前景由图1～4所示的具体实施方式例示。

图1示出本发明投影透镜的光学系（optical train）。

图2示出该投影透镜的频率-对比度曲线。

图3是示出图像相对亮度与被摄体尺寸的关系的图。

图4是示出图像畸变与被摄体尺寸的关系的图。

具体实施方式

如图1所示，沿从被摄体9到图像10的光辐射路径，透镜依次包括：入射光瞳1；第一负元件，其凹面面朝被摄体侧，由负弯月透镜2和正弯月透镜3接合而成；第二元件4，其是正弯月透镜，凹面面朝被摄体侧；第三负元件，其凹面面朝图像侧，由双凸透镜7和双凹透镜8接合而成；以及两个额外的正透镜5和6，它们位于第二元件4与第三元件7、8之间，透镜5为双凸透镜，透镜6为凹面面朝图像侧的弯月透镜。

图2示出在以575nm为基本波长的500nm至600nm的波长范围内，本发明的透镜的频率-对比度曲线。该曲线在中心、最大视场的0.7以及最大视场给出关于图像空间分辨率的对比度值（T），其中，对于最大视场的0.7和最大视场，由对应于经线部分（meridionalsection）和纬线部分（sagittal section）的两条曲线表示。纵轴T表示对比（调制）率的值，横轴N（线对／毫米）表示按每毫米的线对数量计算的图像空间分辨率。该图给出五条曲线，其中，曲线1代表视场的中心（被摄体尺寸为0mm），曲线2S和2T代表视场的0.7（被摄体尺寸为10.5mm），曲线3S和3T代表视场的边缘（被摄体尺寸为15mm），字母S表示该曲线对应于宽光束的纬线部分，字母T表示该曲线对应于宽光束的经线部分。

图3的曲线示出本发明的透镜的图像相对亮度与被摄体尺寸的关系。纵轴RI表示相对亮度的值，横轴表示以mm（毫米）为单位的被摄体尺寸。该图表明，在被摄体尺寸Y等于15mm时，图像亮度为0.91，在视场中心（Y等于0mm），相对亮度最大，等于1。

图4是示出当透镜设计变化时，图像畸变与被摄体尺寸的关系的图。纵轴Y表示在保证整个视场内图像具有高质量的情况下，以mm（毫米）为单位的被摄体尺寸的增加。横轴D是以百分数表示的图像畸变的值。该图表明，在视场边缘即15mm处，图像畸变值最大，等于3％，这能够补偿X射线图像增强器的正畸变。

本发明的透镜如下工作：来自被摄体9的光辐射依次通过限定相对光圈尺寸的入射光瞳1，透镜2～8，然后聚焦在图像10。可使用CCD阵列、摄影胶片（photofilm）等作为图像接收器。

凹面面朝被摄体侧、由负弯月透镜2和正弯月透镜3接合而成的负透镜与凹面面朝图像侧、由双凸透镜7和双凹透镜8接合而成的负光焦度透镜共同使得色差（chromatic aberration）、球面像差（spherical aberration）、像散（astigmatism）和视场弯曲的校正得以提高。作为正弯月透镜、凹面面朝被摄体侧的透镜4，以及所插入的额外的双凸正透镜5和凹面面朝图像侧的弯月形状的透镜6，使相对光圈在高阶差降低的条件下能被精细调节。上述作用的总和连同在投影时透镜针对操作条件的瞬时变化，可使渐晕现象（vignetting）减轻，从而提高整个图像场及其边缘的亮度分布。然而，对于本发明的透镜，入射光瞳的相对偏移量（第一透镜的入射光瞳的偏移与透镜焦点的偏移之比）增加，即，对于已知透镜，相对偏移量为7／50=0.14，对于本发明的透镜，相对偏移量为5／14.7=0.34。

产业实用性

本发明可用于例如图像传输设备，其中，基于CCD阵列，图像形成在X射线图像增强器或其他图像增强器的输出窗口。由于本发明具体实施方式的透镜，相对光圈增大（由已知透镜的1∶12改进到本发明透镜的1∶1.8），相对于中心的图像边缘亮度增加（由已知透镜的0.85改进到本发明透镜的0.91）。在由本发明的投影透镜形成的图像中，提供所需的负畸变值（由已知透镜的1.7％改进到本发明透镜的-3％）。图像质量提高（在空间频率为65时，对于视场的任一点，在已知透镜中最小调制值为0.13线对／mm，在本发明透镜中为0.42线对／mm）。提供当被摄体位于有限距离时（傍轴线性放大倍数（paraxial linear magnification factor）为0.25）透镜的操作性。

Claims (1)

1.一种投影透镜，沿从被摄体到图像的光辐射路径依次包括：远入射光瞳；负的第一元件，其由两个透镜接合而成，凹面面朝被摄体侧；正的第二元件；第三元件，其凹面面朝图像侧，由双凸透镜和双凹透镜接合而成，

其特征在于，所述第一元件由负弯月透镜和正弯月透镜接合而成，所述第二元件是正弯月透镜，其凹面面朝被摄体侧，所述第三元件是负的，在所述第二元件和所述第三元件之间插有额外的两个正透镜，所述额外的两个正透镜中的第一个为双凸透镜，第二个为凹面面朝图像的弯月透镜。

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